飞秒激光在超快过程中的应用研究

认识微观世界的超快过程是为了认识真实世界．超快激光技术是研究超快过程的必要条件．本文阐述了近年来飞秒激光在有代表性的超快过程中的应用目的、应用必要性、应用实现方法和结果以及应用进展等．

菌紫质光生物分子器件及其超快过程

菌紫质是嗜盐菌紫膜中的一种光能转换蛋白。它具有光致色变和光驱动质子泵功能，其原初光异构化过程极其迅速，可在４３０ｆｓ内完成。由于菌紫质具有一系列独特的光电和光学特性，如对光强的微分响应，高的空间分辨率，高的光灵敏度，高循环次数等，使得它在光电探测，仿视觉系统，人工神经网络，非线性光学及光学信息记录和处理方面有很多重要应用。利用超短脉冲激光技术，高时间分辨光谱学技术及高速取样探测技术，对菌紫质的光循环，原初光异构化，激发态动力学，质子泵机制等方面的研究已取得了许多有意义的结果。

超快过程激光生物学的内容、方法和意义 Ⅱ.超快过程激光生物学的研究领域

首先，讨论了用超短光脉冲对高等植物和细菌光合作用研究，从瞬态吸收研究推出了电子转移步骤。分析了对其他植物色素研究激光应用的可能性；其次，讨论在动物色素研究中的激光应用，它包括：黑色素的研究；视觉的原初过程；卟啉和它的衍生物（血红蛋白）研究及生物发光。进一步指出了紫外激光在蛋白质、核酸、糖类和脂类中的应用。

超快过程激光生物学的内容、方法和意义Ⅰ.超快过程激光生物学的理论基础和实验方法

用量子力学观点阐明了生物的颜色和发光，讨论了生物的各种光化学和物理过程。这包括环境对发光的影响；分子内部的质子转移和异构化；血红蛋白的变构效应；激发态电荷转移的合成物；分子间的能量转移和电子转移；光分解和复合等。讨论了超快过程激光生物学的研究方法，这包括激光拉曼光谱法；荧光光谱法；

低温生长AlGaAs／GaAs多量子阱中的超快过程研究

半导体材料无论在应用领域，还是在基础研究中都有重要的意义，对其中超快过程的研究近年来已成为研究的热点之一．低温生长的AlGaAs／GaAs多量子阱材料具有超短的非平衡载流子复合寿命，广泛应用于超快光学元件中．我们利用飞秒激光泵浦一探测技术对其中的超快过程进行了研究。

利用X射线激光器更精确地控制超快过程和化学反应

一种新型激光器以1．4613113的X射线短波长发射出相干脉冲——在能源方面，这就是干电子伏系统。德国电子加速器公司自由电子激光科学中心的Nina Rohringer与其它研究人员在报道中称已发明了利用粒子数反转增益的高能激光器，

轴承转子系统快变过程振动响应的高精度频谱分析

针对高速轴承转子系统的启停过程,研究平稳和非平稳信号的高精度频谱分析方法,利用比例校正法对平稳信号频谱分析后的频率、幅值、相位进行了校正,建立一种将t时空域非平稳信号转变为t~2时空域平稳信号的方法,并基于平稳信号的比例校正法对其进行频谱分析,最后返回到t时空域获得某时刻的频域参数。仿真分析结果表明:该方法可以准确提取平稳信号的谱特征,也能较精确地提取非平稳信号特定时刻的频率、幅值和相位,提取结果精度较好,有效解决轴承转子系统快变过程的谱分析特征提取问题,为动力学特性分析提供了新思路。

高等植物外周捕光天线LHCⅡ中的超快光动力学过程

利用飞秒抽运 探测技术及时间分辨荧光 (TRPL)等光谱技术对高等植物LHCⅡ中的超快光动力学过程进行了研究。在其时间分辨荧光光谱中表现出了明显的各向异性特性。实验上观察了LHCⅡ中色素间的能量传递过程 ,由飞秒动力学发现 ,单体内Chlb到邻近的Chla之间的能量传递在 2 0 0～ 30 0fs的时间尺度 ,Chla激子带间的能量弛豫发生在几百飞秒 ,不同单体Chla分子间能量分布过程在几个皮秒。

瑞利型非简并四波混频:一种研究超快过程的新方法

文章提出了用瑞利型非简并四波混频来研究物质的超快过程 .与传统的时间领域技术不同 ,瑞利型非简并四波混频是一种频率领域的光谱学方法 ,它的时间分辨率与激光的脉冲宽度无关 .

SSF超快过程分幅扫描同时成像记录仪

以前研制的单功能超高速成像设备有严重的不可恢复的原理性信息丢失：分幅相机相邻两幅之间的时间空间信息丢失；扫描相机扫描狭缝截面外的空间信息全部丢失。

非相干光四波混频研究半导体光放大器超快过程

具体推导了相位共轭型非相干光时延四波混频信号强度随时间延迟的一般变化规律。结果表明 :对于用有限线宽非相干光激发源非相干光时延四波混频信号强度随时间延迟的变化规律具有对称性 ,且强度峰与激发光场带宽成正比 ,与纵向弛豫速率成反比。这一结果为利用发光二极管作抽运源研究半导体光放大器及有源光波导超快动力学过程提供了理论基础。

液态金属Al快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法 ,对含有 10 5个Al原子的液态金属大系统在快凝过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究 ,并采用原子团类型指数法 (CTIM )来描述各种类型的团簇结构组态 .研究结果显示 ,二十面体原子团 (12 0 12 0 )及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用 .发现纳米级大团簇 (含有 10 4个原子 )是由一些中等原子团相互结合而成 ,而中等原子团又是由基本原子团结合组成 .这种结构与由热蒸发、离子溅射等方法所获得的以某一个原子为中心、按八面体结构堆积起来的多壳层晶体结构的纳米级大团簇完全不同 .组成这种大团簇结构的基本原子团的中心原子是彼此以单线或扭结的形式相互成键连接的 .这种结构的角隅正好可以成为液态金属凝固过程中形成支晶的起点 .

快变升速过程的端面密封性能试验研究

为考察端面密封在低黏度介质润滑条件下的特性,采用液氮介质模拟高速涡轮泵低黏介质润滑环境,通过对液氮介质润滑的端面密封进行2 s升速至2.9万转的快变升速过程以及120 s的稳定运行过程的试验研究,获得快变过程的端面温度、泄漏量、摩擦力、摩擦因数等各项密封性能数据。结果表明:随着转速增加,端面温升上升,液氮介质汽化出现两相现象,密封副处在干摩擦状态;当转速上升至24 000 r/min时密封泄漏量明显增加,但未超标;密封系统运转开始时,端面间干摩擦条件下的摩擦力较大,最大摩擦因数值为0.27,随着转速的逐渐增加,摩擦因数逐渐减小,最小摩擦因数为0.14。

液态金属Al快凝过程中纳米级大团簇结构的形成特性模拟研究

采用分子动力学方法,对含有400000个Al原子的液态金属大系统在快凝过程中纳米级团簇结构的形成特性进行了模拟研究,并采用原子团类型指数法(CTIM)来描述各种类型的团簇结构组态。结果显示:二十面体原子团(120120)及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用;纳米级大团簇(150个原子)是由一些中等原子团结合而成,等原子团由小原子团组成;这种结构与由其它方法获得的纳米级大团簇的结构完全不同,后者是以某一个原子为中心按八面体结构堆积起来的多壳层晶体结构。这些结果正好可以用来解释用不同方法所形成的Al的团簇结构组态之间的本质区别。

水厂快滤过程动态模型的建立与识别

作为构建国家饮用水安全风险评估框架的一部分 ,开发了一种用于风险评估的水厂快滤过程动态模型。该模型通过对扩散、生物降解、吸附、脱附和反冲洗等过程的概化 ,建立了可模拟不同污染物的普适性水厂快滤动态模型。本模型以实际水厂的现场监测数据为依托 ,以CODMn、氨氮、浊度和微生物为例对模型进行了率定。结果表明模型较好地吻合了实际快滤过程。该模型将可有效地应用于评估不同过滤过程去除各种污染物的风险 ,以及识别饮用水安全风险关键控制点的工作。

时间分辨透射电子显微镜:在纳米区域内观测超快过程

超快透射电子显微镜(Ultrafast Transmission Electron Microscopy,UTEM)是一种能够以纳米尺度空间分辨研究超快动力学过程的前沿技术。在哥廷根大学最新的研究进展里,建造了第一台具有高度相干性电子源的第三代UTEM。通过从纳米针尖发射局域的光电子,获得高度相干的电子脉冲,能够在样品处将电子斑聚焦到数个纳米,同时具有300fs的脉冲时间宽度。介绍了利用这种先进电子光源UTEM装置的几个应用:对坡莫合金薄膜的磁涡旋纳米图案进行实空间洛伦兹成像,打开应用UTEM进行超快磁性研究的大门;通过将电子脉冲聚焦到数个纳米,我们局域地探测单晶石墨薄膜上飞秒激光激发的声学声子在边缘的传播和演化;演示了自由传播电子束在激光驱动的近场中受光学相位调制产生的电子动量态相干叠加。

打造国际一流的超微结构和超快过程研究平台——中南大学超微结构与超快过程研究所

实验室里，超高真空低温表面分析系统正在运行。这套由德国Specs的自旋分辨光电子能谱仪、德国0mnivac的分子束外延腔和径向传样腔、大连齐维的有机材料腔和多功能腔组成的设备，是世界首台可以同时进行飞秒级时间分辨、3-D自旋分辨及动量分辨光电子能谱测量的超高真空低温表面分析系统，代表着中南大学超微结构与超快过程研究所的科研实力和向世界一流冲刺的决心。

半导体掺杂玻璃的微晶结构及超快弛豫过程

透射电子显微镜（ＴＥＭ）研究了ＣｄＳ＿０．３，Ｓｅ＿０．７掺杂的半导体微晶玻璃的微晶尺寸分布，微晶尺寸由热处理温度和时间来控制。当微晶尺寸接近或小于激子Ｂｏｈｒ半径时，吸收光谱出现亚带结构，带隙能向高能移动，证明了量子尺寸效应。非相干光时间延迟的四波混频（ＴＤＦＷＭ－ＩＬ）技术测试研究了玻璃的快速弛豫过程。