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詳解飛秒瞬態(tài)吸收技術的原理及在材料科學和生物領域的應用
來源: 時間:2023-11-22 10:42:47 瀏覽:5634次

詳解飛秒瞬態(tài)吸收技術的原理及在材料科學和生物領域的應用

 

飛秒瞬態(tài)吸收技術(Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy,簡稱 FTAS)是一種強大的光學手段,用于研究物質在飛秒時間尺度內的動力學過程;該技術結合了飛秒激光脈沖和光譜學技術,能夠在原子和分子層面上實時觀察物質的微觀結構變化。




一、原理

飛秒瞬態(tài)吸收技術利用飛秒激光脈沖對物質進行泵浦(激發(fā)),使物質進入激發(fā)態(tài),在飛秒時間尺度內,激光脈沖與物質相互作用,導致物質發(fā)生化學反應、結構變化等過程;通過檢測激光脈沖泵浦前后物質對特定波長的吸收強度變化,可以獲得有關物質動力學過程的信息。

飛秒瞬態(tài)吸收技術的核心是飛秒激光器和光譜檢測系統(tǒng),飛秒激光器產生具有皮秒或飛秒時間寬度的激光脈沖,用于泵浦物質和記錄光譜信號;光譜檢測系統(tǒng)用于測量泵浦前后物質的吸收強度變化,從而獲得瞬態(tài)吸收光譜;通過分析瞬態(tài)吸收光譜,可以揭示物質在激發(fā)態(tài)下的結構、能級壽命、動力學過程等信息。

 

二、飛秒瞬態(tài)吸收技術在材料科學中的應用

1. 材料制備與加工

通過實時監(jiān)測材料在制備過程中的吸收光譜變化,可以了解材料微觀結構的演化,從而優(yōu)化制備工藝;例如,在激光熔融沉積、激光剝蝕等材料制備過程中,飛秒瞬態(tài)吸收技術可以實時監(jiān)測材料表面形態(tài)、相變、熔融等過程,提高制備質量。

2. 材料動力學研究

通過對材料在激發(fā)態(tài)下的吸收光譜進行時間分辨測量,可以研究材料動力學過程,如相變、缺陷形成、電子傳輸?shù)?;這些信息對于理解材料的微觀機理和優(yōu)化性能具有重要意義。

3. 光電器件研究

通過對光電器件在操作過程中的吸收光譜變化進行實時監(jiān)測,可以研究光電器件的工作原理、動力學過程和性能優(yōu)化;例如,在太陽能電池、發(fā)光二極管、激光器等光電器件的研究中,飛秒瞬態(tài)吸收技術發(fā)揮了重要作用。

 

三、飛秒瞬態(tài)吸收技術在生物領域的應用

1. 生物分子研究

通過對生物分子在激發(fā)態(tài)下的吸收光譜進行實時監(jiān)測,可以研究生物分子的結構、功能和動力學過程;例如,在蛋白質折疊、DNA 損傷修復、光合作用等生物過程中,飛秒瞬態(tài)吸收技術可以提供有關分子結構和動力學信息。

2. 生物動力學研究

通過對生物體系在激發(fā)態(tài)下的吸收光譜進行時間分辨測量,可以研究生物體系的動力學過程,如生物大分子的組裝、拆解、信號傳導等;這些信息對于理解生物體系的微觀機制和疾病發(fā)生發(fā)展機制具有重要意義。

3. 生物光子學研究

生物光子學研究生物體系中光與物質相互作用的現(xiàn)象和機制,飛秒瞬態(tài)吸收技術可以實時監(jiān)測生物體系在光刺激下的吸收光譜變化,從而揭示生物光子學過程的微觀機理。

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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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