طیف سنجی فوتوترمال

**طیف‌سنجی ''فوتوترمال***  به خانواده‌ای از روش‌های [[طیف‌شناسی|طیف‌سنجی]] گفته می‌شود که در آن‌ها *'جذب تابش الکترومغناطیسی** به [[گرمایش تابشی|گرمایش تابشی (موضعی)]] تبدیل می‌شود و پیامدهای حرارتی این گرمایش برای استخراج اطلاعات طیفی آشکارسازی می‌گردد.
در این رویکرد، [[سیگنال]] اندازه‌گیری‌شده مستقیماً به توان جذب‌شده وابسته است و نه به اختلاف دو شدت بزرگ ورودی و خروجی، که این ویژگی امکان آشکارسازی جذب‌های بسیار کوچک را فراهم می‌کند. بسیاری از پیاده‌سازی‌های [[فتوترمال|فوتوترمال]] از **مدولاسیون منبع تحریک** و **آشکارسازی قفل‌شونده** برای جداسازی پاسخ حرارتی از ''[[نویز]]'' زمینه استفاده می‌کنند.

<div style="text-align:justify;">
از دیدگاه فیزیکی، شرط اساسی برای تولید سیگنال فوتوترمال آن است که بخش قابل‌توجهی از انرژی جذب‌شده از مسیرهای **غیرتابشی** به **گرما** تبدیل شود.
طیف‌سنجی [[فتوترمال|فوتوترمال]] از نظر مفهومی با **طیف‌سنجی ''فوتواکوستیک''** خویشاوند است، زیرا هر دو بر تبدیل انرژی جذب‌شده به پاسخ‌های گرمایی تکیه دارند؛ با این تفاوت که در فوتوترمال، آشکارسازی معمولاً از طریق تغییرات [[نورشناسی|اپتیکی]] یا [[تابش|تابشی]] انجام می‌شود و الزاماً به تولید [[صدا|موج صوتی]] وابسته نیست.
</div>

== فیزیک ==
<div style="text-align:justify;">
در مواد واقعی، جذب **فوتون‌ها** غالباً به **برانگیختگی‌های الکترونی** یا ارتعاشی منجر می‌شود و بخش مهمی از این برانگیختگی‌ها می‌تواند به گرما تبدیل گردد.این تبدیل انرژی باعث ایجاد **میدان دمایی** وابسته به زمان و مکان می‌شود که به **خواص گرمایی ماده** و **شرایط مرزی** آن وابسته است. تغییرات دما می‌توانند پارامترهایی مانند [[ضریب شکست]]، [[چگالی]]، [[فشار]] یا [[فروسرخ|تابش فروسرخ]] را تغییر دهند و هر یک از این پیامدها مبنای یک تکنیک فوتوترمال مستقل به‌شمار می‌رود.
</div>

<div style="text-align:justify;">
در [[طیف‌نورسنجی|طیف‌سنجی عبوری کلاسیک]]، جذب از طریق **کاهش شدت نور** عبوری اندازه‌گیری می‌شود و بنابراین به **دقت *فوتومتری*** و **پایداری منبع** و **آشکارساز** وابستگی مستقیم دارد. در مقابل، در بسیاری از روش‌های فوتوترمال، وجود جذب شرط لازم برای تولید ''سیگنال'' است و در حالت ایده‌آل، نبود جذب به نبود سیگنال می‌انجامد. این ویژگی به‌ویژه برای نمونه‌های بسیار **پراکنده‌کننده**، **بازتابنده** یا **نازک** اهمیت دارد، زیرا اندازه‌گیری اختلاف شدت‌های بزرگ در چنین نمونه‌هایی می‌تواند با [[تغییر و اختلاف نسبی|خطای نسبی]] قابل‌توجهی همراه باشد.
</div>

<div style="text-align:justify;">
روش‌های فوتوترمال طیفی گسترده از تکنیک‌ها را شامل می‌شوند که در آن‌ها آشکارسازی می‌تواند مبتنی بر [[انحراف نور|انحراف پرتو]] (اثر سراب)، تغییر پروفایل پرتو ([[عدسی گرمایی]])، [[پراش]] از شبکه‌های گذرا یا تابش حرارتی فروسرخ باشد. از آن‌جا که پاسخ حرارتی به ضریب پخش حرارتی و شرایط مرزی وابسته است، بسیاری از این روش‌ها علاوه بر اندازه‌گیری جذب، امکان استخراج اطلاعات گرمایی نمونه را نیز فراهم می‌کنند.
</div>

== پیشینه تاریخی و توسعه روش‌ها ==
=== ریشه‌های اولیه و پیوند با فوتواکوستیک ===
<div style="text-align:justify;">
پدیده‌های مبتنی بر تبدیل [[جذب]] نوری به گرمایش، از نظر تاریخی هم‌زمان با توسعهٔ روش‌های فوتواکوستیک و مفاهیم موج حرارتی بررسی شدند. نخستین مطالعات نشان دادند که [[مدولاسیون]] نور و آشکارسازی فاز-شدت می‌تواند اثرات گرمایی بسیار کوچک را به سیگنال‌های قابل اندازه‌گیری تبدیل کند و این ایده، مبنای فنی مشترکی برای فوتواکوستیک و فوتوترمال فراهم ساخت.
با گسترش منابع [[لیزر]]ی پایدار و مدوله‌پذیر در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، امکان کنترل دقیق **توان** و **فرکانس تحریک** فراهم شد و این پیشرفت‌ها نقش مهمی در شکل‌گیری روش‌های فوتوترمال ایفا کردند.

در همین دوره، ابزارهایی مانند آشکارسازی قفل‌شونده و تقویت‌کننده‌های کم‌نویز به‌تدریج در دسترس قرار گرفتند و امکان جداسازی پاسخ‌های کوچک وابسته به جذب از نویز زمینه را فراهم کردند. این پیشرفت‌های ابزارشناختی، زمینه را برای توسعهٔ روش‌هایی فراهم کرد که به‌جای اندازه‌گیری مستقیم شدت نور، بر پیامدهای گرمایی جذب تمرکز داشتند.

</div>

=== دهه ۱۹۸۰: تثبیت تکنیک‌های کلیدی ===
<div style="text-align:justify;">
در آغاز دههٔ ۱۹۸۰، معرفی «اثر سراب» به‌عنوان یک روش [[ترمو-اپتیکی]] نشان داد که [[گرادیان|گرادیان‌های دمایی]] می‌توانند به گرادیان ضریب شکست تبدیل شوند و مسیر یک پرتو کاوشگر را منحرف کنند. این ایده، پایهٔ طیف‌سنجی انحراف فوتوترمال را شکل داد و امکان آشکارسازی جذب‌های بسیار کوچک در فیلم‌های نازک و نمونه‌های کم‌جاذب را فراهم کرد.

تحلیل‌های تجربی و نظری بعدی نشان دادند که **دامنه** و **فاز** سیگنال انحراف فوتوترمال به فرکانس مدولاسیون و پارامترهای گرمایی محیط وابسته است و از این وابستگی می‌توان برای استخراج اطلاعات کمی دربارهٔ جذب و **انتقال حرارت** استفاده کرد. این مطالعات جایگاه PDS را به‌عنوان یک ابزار حساس در آنالیز مواد تثبیت کردند.

در همین دهه، ترکیب آشکارسازی فوتوترمال با [[طیف‌سنجی تبدیل فوریه]] نیز گزارش شد و نشان داد که کانال فوتوترمال می‌تواند به‌عنوان آشکارساز در اندازه‌گیری‌های [[پهنای باند]] جذب به کار رود، بدون آن‌که محدودیت‌های فوتومتری عبوری کلاسیک را به همراه داشته باشد.
</div>

=== گسترش در دهه‌های بعد ===
<div style="text-align:justify;">
با توسعهٔ نظریهٔ موج حرارتی، **مدل‌های انتقال گرما** به یکی از ارکان تحلیل فوتوترمال تبدیل شدند. این مدل‌ها نشان دادند که **طول نفوذحرارتی** با **فرکانس مدولاسیون** **رابطهٔ معکوس** دارد و بنابراین می‌توان با تنظیم فرکانس، حساسیت عمقی روش را کنترل کرد. در ادامه، مدل‌های دقیق‌تری برای تکنیک‌هایی مانند عدسی حرارتی ارائه شد که اثرات پراش و هندسهٔ پرتو را در پاسخ سیگنال لحاظ می‌کردند و امکان تفسیر کمی‌تر داده‌ها را فراهم می‌ساختند.

در دهه‌های اخیر، فوتوترمال به حوزه‌هایی مانند [[نانوفوتونیک]] و [[میکروسکوپی تک‌ذره‌ای]] گسترش یافته است. آشکارسازی هتروداین فوتوترمال نشان داد که می‌توان جذب [[نانوذره|نانوذرات]] منفرد را با حساسیت بالا و بدون اتکا به **فلورسانس** اندازه‌گیری کرد و این امر دامنهٔ کاربردهای فوتوترمال را به **مقیاس نانو** بسط داد.

== مبانی فیزیکی و ترمودینامیکی ==
=== جذب نوری و تبدیل انرژی ===
در چارچوب فوتوترمال، جذب به‌عنوان فرایندی در نظر گرفته می‌شود که طی آن انرژی [[میدان الکترومغناطیسی]] به [[درجات آزادی]] داخلی ماده منتقل می‌شود. بخش **غیرتابشی** این انتقال انرژی اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا تعیین می‌کند چه **کسری از توان جذب‌شده** به تولید گرما و در نتیجه به سیگنال فوتوترمال تبدیل می‌شود.
در بسیاری از مواد، سهم غیرتابشی به محیط و دما وابسته است و همین وابستگی می‌تواند روی خطی‌بودن سیگنال نسبت به توان تحریک اثر بگذارد.

تمرکز فوتوترمال بر گرمایش ناشی از جذب باعث می‌شود که سیگنال کمتر تحت تأثیر **پراکندگی اپتیکی** قرار گیرد، هرچند پراکندگی همچنان می‌تواند از طریق **تغییر مسیر پرتوها** یا ایجاد **زمینه‌های اپتیکی** ناخواسته بر اندازه‌گیری اثر بگذارد. به همین دلیل، طراحی **هندسهٔ تجربی** و انتخاب **شرایط اپتیکی مناسب** برای تفسیر کمی داده‌ها اهمیت دارد.

=== تولید گرما و انتقال حرارت ===
پس از تبدیل انرژی جذب‌شده به گرما، توزیع دما معمولاً با معادلهٔ **دیفیوژن** گرما توصیف می‌شود. در تحریک مدوله‌شده، پاسخ دما به‌صورت موج حرارتی ظاهر می‌شود که طول نفوذ آن به ضریب پخش حرارتی و فرکانس مدولاسیون وابسته است. این ویژگی امکان کنترل **عمق مؤثر** نمونه‌برداری را فراهم می‌کند.

در **نمونه‌های چندلایه** یا در حضور **شرایط مرزی** پیچیده، **مقاومت‌های حرارتی بین‌سطحی** می‌توانند پاسخ موج حرارتی را تغییر دهند و تفسیر سیگنال نیازمند [[مدل‌سازی]] دقیق این مرزها است. همچنین در مایعات و گازها، **همرفت طبیعی** در فرکانس‌های پایین می‌تواند به **میدان دما** افزوده شود و باعث انحراف از مدل دیفیوژن ساده گردد.

=== تغییر خواص ترمو-اپتیکی ===
گرمایش موضعی می‌تواند ضریب شکست را از طریق ضریب ترمو-اپتیکی تغییر دهد و این تغییر در بسیاری از روش‌های فوتوترمال به‌صورت [[گذار فاز|تغییر فاز]]، انحراف پرتو یا [[واگرایی|تغییر واگرایی]] آشکارسازی می‌شود. در اثر سراب، گرادیان ضریب شکست محیط مجاور سطح باعث **خم‌شدن مسیر پرتو کاوشگر** می‌شود، در حالی که در عدسی حرارتی، [[توزیع دمایی شعاعی]] مانند یک عدسی مؤثر عمل می‌کند.
در جامدات، گرمایش می‌تواند علاوه بر تغییر ضریب شکست، [[انبساط حرارتی]] ایجاد کند و این انبساط در برخی پیکربندی‌ها به‌صورت جابه‌جایی سطحی یا پاسخ مکانیکی قابل آشکارسازی است. این تنوع مکانیسم‌ها، پایهٔ گسترهٔ وسیع تکنیک‌های فوتوترمال را تشکیل می‌دهد.

== مدل‌سازی ریاضی و توصیف نظری ==
=== تابع پاسخ فوتوترمال و ارتباط با ضریب جذب ===
در بسیاری از کاربردهای فوتوترمال، پاسخ سیستم در رژیم گرمایش ضعیف به‌صورت خطی نسبت به توان جذب‌شده مدل‌سازی می‌شود. در این چارچوب، دامنهٔ سیگنال فوتوترمال متناسب با ضریب جذب نمونه و پارامترهای ترمو-اپتیکی محیط است و می‌توان از آن برای استخراج کمی جذب استفاده کرد.
در طیف‌سنجی انحراف فوتوترمال، کمیت قابل اندازه‌گیری معمولاً **زاویهٔ انحراف** یا جابه‌جایی پرتو کاوشگر است که به گرادیان دما و ضریب dn/dT محیط وابسته می‌شود.
در روش عدسی حرارتی، تغییر فاز تجمعی پرتو کاوشگر ناشی از تغییر **ضریب شکست** در مسیر انتشار، به **تغییر شدت** در صفحهٔ آشکارسازی تبدیل می‌شود. مدل‌های تحلیلی نشان می‌دهند که این تبدیل به هندسهٔ [[باریکه گاوسی|پرتوهای گوسی]]، موقعیت صفحهٔ آشکارساز و شرایط مد-میسمچ حساس است و همین موضوع ضرورت **کالیبراسیون هندسی** را برجسته می‌کند.

=== مدولاسیون، پاسخ فرکانسی و اطلاعات فاز ===
در تحریک سینوسی، پاسخ دما و سیگنال فوتوترمال دارای دامنه و فاز **وابسته** به [[فرکانس زاویه‌ای]] مدولاسیون هستند. اطلاعات فاز به زمان‌های مشخصهٔ انتقال حرارت وابسته است و می‌تواند برای استخراج [[ضریب انتقال حرارت|ضریب پخش حرارتی]] و بررسی شرایط مرزی به کار رود.
همچنین مطالعات نشان داده‌اند که تحلیل هم‌زمان دامنه و فاز می‌تواند به کاهش زمینه و افزایش دقت کمی منجر شود.

در تحریک [[پالس (فیزیک)|پالسی]]، پاسخ زمانی دما شامل **افزایش سریع دما** و سپس **افت ناشی از *دیفیوژن* حرارتی** است. این رفتار را می‌توان در چارچوب **پاسخ ضربه‌ای** موج حرارتی تحلیل کرد و از آن برای بررسی **دینامیک انتقال حرارت** در مواد استفاده نمود.

=== تقریب‌ها و دامنهٔ اعتبار مدل‌ها ===
مدل‌های فوتوترمال معمولاً بر فرض **خطی‌بودن** تغییرات ترمو-اپتیکی نسبت به دما استوارند. در گرمایش‌های بزرگ یا در حضور غیرخطی‌های حرارتی، این فرض می‌تواند نقض شود و تفسیر کمی سیگنال را با **عدم‌قطعیت** همراه کند.
همچنین، در محیط‌های مایع و گازی، همرفت طبیعی می‌تواند در فرکانس‌های پایین به پاسخ دیفیوژنی افزوده شود و لازم است در [[طراحی آزمایش]] کنترل گردد.

در تکنیک‌های نانو-فوتوترمال، مانند روش‌های مبتنی بر [[میکروسکوپ الکترونی روبشی|میکروسکوپی پیمایشی]]، مدل‌سازی معمولاً به چارچوب‌های **چندفیزیکی** نیاز دارد که انتقال حرارت، پاسخ مکانیکی و تعامل نوک–نمونه را به‌طور هم‌زمان در نظر بگیرد.

== روش‌ها و تکنیک‌های اصلی ==
=== طیف‌سنجی عدسی فوتوترمال ===
در طیف‌سنجی عدسی فوتوترمال، جذب پرتو تحریک در نمونه یا محیط [[شفاف]] باعث ایجاد **میدان دمایی با تقارن محوری** می‌شود که به تغییر شعاعی ضریب شکست می‌انجامد. این توزیع ضریب شکست مانند یک عدسی مؤثر عمل می‌کند و واگرایی پرتو کاوشگر را تغییر می‌دهد. در پیکربندی‌های دوپرتویی، جداسازی **طول‌موج پمپ** و **پراب** می‌تواند جذب مستقیم پرتو کاوشگر را کاهش دهد و آشکارسازی را به تغییرات ترمو-اپتیکی محدود کند.

مدل‌های تحلیلی نشان می‌دهند که شکل سیگنال به **نسبت قطر پرتوها**، **موقعیت دیافراگم** و **محل صفحهٔ آشکارسازی** حساس است و برای استخراج کمی ضریب جذب باید این عوامل در نظر گرفته شوند.

=== طیف‌سنجی انحراف فوتوترمال ===
در طیف‌سنجی انحراف فوتوترمال، گرادیان دمای ایجادشده توسط **پرتو پمپ** باعث گرادیان ضریب شکست در محیط مجاور یا در خود نمونه می‌شود و مسیر پرتو کاوشگر را منحرف می‌کند. دامنهٔ انحراف به **گرادیان دما** و **خواص ترمو-اپتیکی محیط** وابسته است.
در **پیکربندی عرضی**، حساسیت روش به **شرایط مرزی نزدیک سطح** افزایش می‌یابد، در حالی که **آرایش‌های هم‌محور** بیشتر به **جذب حجمی** حساس‌اند. این تکنیک به‌ویژه برای اندازه‌گیری جذب‌های بسیار کوچک در فیلم‌های نازک و پوشش‌ها مناسب گزارش شده است

=== پراش فوتوترمال و شبکه‌های گذرا ===
در روش‌های پراش فوتوترمال، **توزیع مکانی دوره‌ای** شدت نورِ تحریک به یک **توزیع دمایی دوره‌ای** در نمونه یا محیط اطراف آن تبدیل می‌شود. این توزیع دمایی باعث مدولاسیون مکانی ضریب شکست یا انبساط حرارتی می‌گردد و یک «شبکهٔ پراش گذرا» ایجاد می‌کند که می‌تواند پرتو کاوشگر را به مرتبه‌های پراش‌شده تقسیم کند.
تحلیل موج حرارتی نشان می‌دهد که رشد و فروپاشی این شبکه به ضریب پخش حرارتی و مقیاس مکانی شبکه وابسته است و بنابراین اندازه‌گیری **زمانی سیگنال پراش** اطلاعاتی دربارهٔ **خواص گرمایی** ماده فراهم می‌کند.

در برخی پیاده‌سازی‌ها، **آشکارسازی هتروداین** مرتبهٔ پراش برای افزایش حساسیت به کار می‌رود تا تغییرات بسیار کوچک ضریب شکست یا انبساط به سیگنال قابل اندازه‌گیری تبدیل شود.
منابع روش‌شناسی فوتوترمال این تکنیک را برای مطالعهٔ دینامیک انتقال حرارت و خواص گرمایی لایه‌های نازک مناسب توصیف کرده‌اند، زیرا طول نفوذ حرارتی و دورهٔ شبکه به‌صورت مستقل قابل تنظیم هستند.

=== گسیل فوتوترمال و رادیومتری فوتوترمال ===
در [[رادیومتری]] فوتوترمال، افزایش دمای نمونه ناشی از جذب نور باعث افزایش تابش حرارتی فروسرخ می‌شود و این تابش به‌عنوان سیگنال آشکارسازی می‌گردد. شدت سیگنال به **دمای سطح**، **نشرپذیری** و **پاسخ طیفی آشکارساز فروسرخ** وابسته است. مدل‌های نظری نشان می‌دهند که پاسخ رادیومتری به انتقال حرارت در نمونه و شرایط مرزی آن حساس است و می‌تواند اطلاعاتی دربارهٔ خواص گرمایی و **الکترونیکی** مواد جامد فراهم کند.

در **نیمه‌رساناها**، مطالعات نشان داده‌اند که سیگنال رادیومتری فوتوترمال می‌تواند علاوه بر **گرمایش شبکه‌ای** به فرایندهای **بازترکیب حامل‌ها** نیز وابسته باشد، زیرا این فرایندها بر **تولید گرما** اثر می‌گذارند. به همین دلیل، از این روش برای کاراکترسازی مواد نیمه‌رسانا و ارزیابی کیفیت [[ویفر (الکترونیک)|ویفرها]] استفاده شده است.

=== آشکارسازی هتروداین فوتوترمال و میکروسکوپی تک‌ذره‌ای ===
در آشکارسازی هتروداین فوتوترمال، پرتو پمپ مدوله‌شده باعث ایجاد تغییرات موضعی ضریب شکست پیرامون یک **ناحیهٔ جذب‌کننده** یا یک **نانوذره** می‌شود. پرتو کاوشگر پراکنده‌شده از این ناحیه با یک **میدان مرجع** تداخل می‌کند و مؤلفهٔ سیگنال در فرکانس مدولاسیون استخراج می‌شود. این تداخل باعث افزایش حساسیت می‌گردد و امکان آشکارسازی جذب تک‌نانوذره‌ای را بدون اتکا به فلورسانس فراهم می‌کند.

تحلیل‌های نظری و تجربی نشان می‌دهند که دامنهٔ سیگنال به **خواص ترمو-اپتیکی محیط**، **اندازهٔ ذره** و **هندسهٔ تمرکز پرتوها** وابسته است و کنترل پایداری اپتیکی و نویز تداخلی برای دستیابی به حد تشخیص پایین ضروری است.

=== طیف‌سنجی فوتوترمال در مقیاس نانو (PTIR/AFM-IR) ===
در روش [[طیف‌سنجی فروسرخ در مقیاس نانو|PTIR یا AFM-IR]]، جذب پالس‌های فروسرخ باعث افزایش دمای موضعی و انبساط حرارتی نمونه می‌شود و این انبساط، ارتعاش مکانیکی کانتیلور [[میکروسکوپ نیروی اتمی]] را تحریک می‌کند. دامنهٔ این ارتعاش با انرژی جذب‌شده مرتبط است و با اسکن طول‌موج می‌توان [[طیف‌بینی جذبی|طیف جذبی]] موضعی با [[تفکیک فضایی]] بسیار بالا به دست آورد.

مرورهای اخیر نشان می‌دهند که این تکنیک برای **تصویرسازی شیمیایی** در مقیاس نانو، به‌ویژه در مواد نرم و [[مواد با منشأ زیستی|زیستی]]، کاربرد گسترده‌ای یافته است. با این حال، تفسیر کمی داده‌ها به [[مدل‌سازی چند مقیاسی]] **انتقال حرارت** و **پاسخ مکانیکی نوک–نمونه** وابسته است و آماده‌سازی نمونه نقش مهمی در کیفیت طیف و تصویر دارد.

== کاربردها ==
=== مواد، پوشش‌ها و فیلم‌های نازک ===
طیف‌سنجی فوتوترمال به‌طور گسترده برای اندازه‌گیری جذب‌های بسیار کوچک در [[لایه نازک|فیلم‌های نازک]] و [[پوشش نوری|پوشش‌های اپتیکی]] به کار رفته است، زیرا سیگنال مستقیماً از گرمایش ناشی از جذب استخراج می‌شود و به عبور قابل‌توجه نور نیاز ندارد.
در این کاربردها، تنظیم فرکانس مدولاسیون امکان کنترل عمق نفوذ حرارتی را فراهم می‌کند و حساسیت روش را نسبت به ناحیه‌های سطحی یا زیرسطحی افزایش می‌دهد.
در پوشش‌های چندلایه، تحلیل دامنه و فاز سیگنال فوتوترمال می‌تواند اطلاعاتی دربارهٔ مقاومت‌های حرارتی بین‌سطحی و ناهمگنی‌های گرمایی فراهم کند. این ویژگی باعث شده است که روش‌های فوتوترمال به‌عنوان ابزار مکمل برای کاراکترسازی حرارتی و اپتیکی لایه‌های نازک معرفی شوند.

=== شیمی تحلیلی، محلول‌ها و محیط‌های گازی ===
در [[شیمی تجزیه]]، طیف‌سنجی عدسی فوتوترمال به‌عنوان یک روش با حساسیت بالا برای اندازه‌گیری جذب در **محلول‌های بسیار رقیق** و **محیط‌های گازی** گزارش شده است. در این موارد، سیگنال به تغییرات ترمو-اپتیکی محیط وابسته است و می‌تواند جذب‌هایی را آشکار کند که با روش‌های عبوری متداول قابل اندازه‌گیری نیستند. مطالعات [[روش‌شناسی|روش‌شناختی]] نشان می‌دهند که کنترل همرفت، پایداری توان لیزر و حذف جذب زمینه در سلول نمونه برای رسیدن به [[حد تشخیص]] پایین ضروری است.

=== نانومواد و ''پلاسمونیک'' ===
در حوزهٔ نانوفوتونیک، آشکارسازی هتروداین فوتوترمال امکان مطالعهٔ جذب **نانوذرات منفرد** را فراهم کرده است. این روش به‌ویژه برای [[پلاسمون پلاریتونیک|سامانه‌های پلاسمونیکی]] که ممکن است فلورسانس نداشته باشند یا پراکندگی ضعیفی نشان دهند اهمیت دارد. تحلیل‌های تجربی نشان می‌دهند که پاسخ فوتوترمال نانوذرات به **اندازه، شکل و محیط اطراف** آن‌ها وابسته است و با اسکن طول‌موج تحریک می‌توان به اطلاعات طیفی دربارهٔ رزونانس‌های پلاسمونی دست یافت. این ویژگی، فوتوترمال را به ابزار مکملی برای مطالعهٔ برهم‌کنش نور و نانوساختارها تبدیل کرده است.

=== نیمه‌رساناها و اپتوالکترونیک ===
در مواد نیمه‌رسانا، روش‌های فوتوترمال و موج حرارتی برای بررسی خواص انتقال حرارت و نیز فرایندهای تولید و بازترکیب حامل‌ها به کار رفته‌اند. رادیومتری فوتوترمال فروسرخ نشان داده است که می‌تواند به کیفیت [[سیلیکون|مواد سیلیکونی]] و پارامترهای مؤثر در بازترکیب حساس باشد.
برخی مطالعات گزارش کرده‌اند که ترکیب تحلیل دامنه و فاز سیگنال فوتوترمال می‌تواند به **تفکیک لایه‌ها** و **تخمین ضریب پخش حرارتی** در ساختارهای چندلایهٔ نیمه‌رسانا کمک کند.

=== زیست‌پزشکی و تصویرسازی شیمیایی در مقیاس نانو ===
روش‌های فوتوترمال در مقیاس نانو، امکان تصویرسازی شیمیایی با تفکیک نانومتری را در مواد زیستی و [[بسپار|پلیمری]] فراهم کرده‌اند. مرورهای اخیر نشان می‌دهند که این روش‌ها برای مطالعهٔ توزیع شیمیایی در نمونه‌های زیستی نرم به کار رفته‌اند.
در این کاربردها، تفسیر کمی داده‌ها به درک دقیق انتقال حرارت موضعی و پاسخ مکانیکی کانتیلور وابسته است و آماده‌سازی نمونه نقش مهمی در کیفیت نتایج دارد.

== محدودیت‌ها و چالش‌ها ==
در طیف‌سنجی فوتوترمال، پاسخ سیگنال به **انتقال حرارت** وابسته است و بنابراین **ناپایداری‌های محیطی**، **همرفت طبیعی** و **رانش دمایی** می‌توانند زمینه و نویز ایجاد کنند، به‌ویژه در فرکانس‌های مدولاسیون پایین.

**جذب زمینه*' در سلول نمونه یا اجزای اپتیکی نیز می‌تواند به سیگنال ناخواسته منجر شود و نیازمند طراحی دقیق آزمایش و کالیبراسیون است.
تفسیر کمی داده‌ها معمولاً به مدل‌سازی وابسته است و در نمونه‌های چندلایه یا ناهمگن، هم‌بستگی میان پارامترهای گرمایی و اپتیکی می‌تواند عدم‌قطعیت نتایج را افزایش دهد.

در روش‌های نانو-فوتوترمال، مانند آشکارسازی تک‌ذره‌ای، سیگنال‌های بسیار کوچک به پایداری *اپتیکی'' و مکانیکی حساس‌اند و آماده‌سازی نمونه نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت داده‌ها دارد.

همچنین، در برخی شرایط، تمایز میان گرمایش واقعی و فرایندهای دیگر مانند سردسازی نوری یا اثرات غیرخطی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد و نیاز به پروتکل‌های تجربی اختصاصی دارد.

## جستارهای وابسته
* طیف‌شناسی فروسرخ

## منابع

رده:علم مواد
رده:طیف الکترومغناطیسی
رده:طیف‌سنجی
رده:طیف‌سنج‌ها
رده:طیف‌شناسی
رده:شیمی‌فیزیک