3ω諧波探測法的主要基于材料的電阻隨溫度變化的特性，通過對樣品電阻變化的精確測量，實現對溫度的精確測量。進而根據溫度在不同頻率下變化的幅值和相位的曲線計算（3ω諧波斜率法、3ω諧波差分法）或擬合（3ω諧波擬合法）出樣品的各項熱物性參數來。

3ω諧波探測法的探頭如上圖所示，主要是由一條金屬探測窄條組成，這條金屬窄條既充當加熱器又充當探測器來使用。測量樣品時，根據樣品的不同，可以選擇將探測器緊貼于樣品表面，或直接將探測器蒸鍍在樣品表面。

我們使用調制頻率為ω的正弦波電流對金屬探測器窄條進行加熱，由于焦耳效應，樣品會以2ω的頻率被進行加熱，此時樣品內部就會產生以2ω為頻率的熱波動場產生，熱波動場的具體函數是由樣品的各項參數（包括熱物性參數）所決定的。探測器金屬窄條表面溫度也是整個溫度波動場的一部分，所以也是由溫度波動場決定的，并攜帶有所測樣品的熱物性信息。

需要注意的是樣品表面的溫度的波動頻率和加熱場相同也是2ω，這個波動導致了金屬探測器自身電阻也會存在一個2ω的波動。根據歐姆定律，金屬探測器窄條的兩側的電壓是由其電流和電阻的乘積決定的，兩者的乘積就會產生一個3ω的諧波分量。我們通過在不同的激勵頻率下對這個3ω的諧波分量的振幅和相位進行測量，即可得到被測樣品的熱物性參數信息。

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