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超快動力學研究,揭示飛秒瞬態(tài)吸收光譜的應用與原理
來源: 時間:2023-06-25 16:52:26 瀏覽:6649次

超快動力學研究,揭示飛秒瞬態(tài)吸收光譜的應用與原理


飛秒瞬態(tài)吸收光譜Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy)是一種非常強大的光譜測試技術,用于研究材料和化學反應中的超快動力學過程。它結合了飛秒激光技術和吸收光譜技術,能夠提供關于材料的能級結構、電荷轉移、能量轉移以及分子間相互作用等方面的信息。


飛秒瞬態(tài)吸收光譜儀


飛秒瞬態(tài)吸收光譜測試過程:飛秒瞬態(tài)吸收光譜測試的實驗過程包括以下幾個步驟:


激發(fā):使用一個飛秒脈沖激光器來激發(fā)待測樣品。這個激光器通常發(fā)出高強度、短脈沖寬度為幾十飛秒的光脈沖。

參考光和探測光:將一部分激發(fā)光作為參考光束,經(jīng)過光學元件后與未激發(fā)的樣品進行比較。將另一部分激發(fā)光作為探測光束,經(jīng)過樣品后與參考光束進行比較。

偏振控制:通過控制激發(fā)光的偏振方向,可以研究樣品中的不同光學過程。

延遲控制:通過改變探測光束與參考光束之間的時間延遲,可以獲得關于樣品的動力學信息。

探測信號:探測光束經(jīng)過樣品后會發(fā)生吸收,吸收程度取決于樣品中的能級結構和電子態(tài)的變化。通過測量參考光束和探測光束之間的吸收差異,可以得到樣品在不同時間尺度上的吸收光譜。



飛秒瞬態(tài)吸收光譜圖


飛秒瞬態(tài)吸收光譜的應用領域:


光化學反應:用于研究光誘導化學反應的機理和動力學,探究化學反應中的中間態(tài)和反應路徑。

材料科學:用于研究新型材料的光學性質、電荷傳輸和載流子動力學,以改進太陽能電池、光催化劑等材料的性能。

生物化學:飛秒瞬態(tài)吸收光譜在生物化學領域中的應用非常廣泛。它可以用于研究光敏色素(如葉綠素和視黃醛)的光激發(fā)和能量傳遞過程,探索光合作用、視覺系統(tǒng)等生物過程的機制。此外,它還可用于研究蛋白質的構象動力學、電子傳遞和光感受性。

半導體物理:飛秒瞬態(tài)吸收光譜在半導體物理研究中有著重要的應用。它可以用于探測半導體材料中的激子態(tài)(束縛態(tài)電子-空穴對)形成和衰減過程,研究電子和空穴的輸運性質以及光電轉換過程。這對于發(fā)展高效的光電子器件和光通信技術具有重要意義。

化學動力學:飛秒瞬態(tài)吸收光譜可用于研究化學反應的動力學過程。通過觀察反應中的中間態(tài)和反應路徑,可以揭示反應機制、測量反應速率常數(shù)和探索分子間相互作用。



飛秒瞬態(tài)吸收光譜測試原理:飛秒瞬態(tài)吸收光譜的原理基于樣品對飛秒激光的吸收過程。其主要原理如下:


激發(fā):飛秒激光器發(fā)射的光脈沖具有極高的光強和短暫的脈沖寬度(飛秒級別)。這樣的激光脈沖能夠在極短的時間內激發(fā)樣品中的電子和振動能級,產(chǎn)生光激發(fā)態(tài)。

吸收:樣品中的電子和振動能級與激發(fā)光脈沖發(fā)生相互作用,吸收部分能量并躍遷到更高能級。這導致樣品在吸收光譜范圍內發(fā)生吸收。

參考和探測:通過將激發(fā)光束分成參考光和探測光兩部分,可以在同一時間延遲下測量未激發(fā)和激發(fā)樣品的吸收光譜。參考光與未激發(fā)樣品相互作用,而探測光與激發(fā)樣品相互作用。

檢測:將參考光和探測光進行比較,并通過檢測兩者之間的吸收差異來獲得樣品的瞬態(tài)吸收光譜。這種差異反映了激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間的能級結構變化和電子態(tài)的演化。

時間分辨:通過控制探測光束與參考光束之間的時間延遲,可以在不同的時間點上獲得吸收光譜。通過改變時間延遲,可以觀察樣品中瞬態(tài)吸收過程的演化,從而獲得超快動力學信息。

偏振控制:通過控制激發(fā)光的偏振方向,可以研究樣品中的不同光學過程和分子取向。例如通過改變偏振方向,可以觀察樣品中的吸收特性在不同方向上的差異。



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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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