全反式类胡萝卜醛(all-trans-β-Apo-8’-carotenal)的飞秒时间分辨瞬态吸收光谱

用奇异值分解和全局非线性拟合的方法处理全反式胡萝卜醛(all-trans-β-Apo-8’?carotenal)的飞秒时间分辨瞬态吸收光谱.以串行激发态弛豫动力学反应为模型,分别得到其在非极性溶剂正己烷和极性溶剂甲醇中的各个高激发态组分的吸收光谱和其各自的时间动力学特性,在正己烷中主要得到3个电子态能级,它们分别是S3(170fs),S2(2.32ps)和S1(26ps),而在甲醇中只得到两个能级,分别为S2(190fs)和S1(9.4ps).比较发现胡萝卜醛在甲醇中的瞬态吸收光谱红移,且S1态寿命变短,经分析认为是C==O基团的作用.同时表明SVD方法是处理飞秒时间分辨瞬态吸收光谱有效的工具.

飞秒瞬态吸收光谱技术及应用

超快激光技术的出现极大地促进了人们对众多研究领域中超短时间尺度(例如飞秒)的微观过程的深入理解。详细介绍了基于飞秒时间分辨的瞬态吸收光谱技术与原理,并结合本课题组的工作,展示了该方法在凝聚相分子体系中量子态演化过程及其相互作用研究中的应用,特别是对激发态电子能量弛豫、波包演化过程、能量转移过程、质子/电荷转移以及分子激发态结构动力学等微观机制的研究,表明该方法可以广泛应用到物理、化学、材料、生物、环境等交叉研究领域。最后,对该技术的发展前景以及未来研究方向进行了展望。

DMSO溶剂中All-trans-astaxanthin激发态的飞秒时间分辨光谱

基于飞秒时间分辨瞬态吸收和多元瞬态光栅光谱技术对全反式Astaxanthin(AXT)在DMSO溶剂中的超快激发态弛豫动力学进行了观测.结果表明,光激发后AXT/DMSO体系直接发生S_0→S_2跃迁,基态漂白对应光谱范围为420~550nm.由S_2→S_1的内转换过程发生的时间常数为120~160fs.S_1态激发态吸收对应的光谱范围为550~740nm,基态漂白恢复过程对应的是S_1→S_0的内转换过程,其时间尺度为4.50~5.50ps.

尿嘧啶激发态动力学溶剂效应的飞秒瞬态吸收光谱研究

尿嘧啶是构成RNA链最基本的结构单元之一,其光辐射下的光物理和光化学过程与光致癌变等过程紧密关联,因而受到广泛的关注.本文采用飞秒瞬态吸收光谱技术,研究了在紫外光辐射下,溶剂效应对尿嘧啶激发态超快动力学的影响.实验利用一束264 nm的激发光将尿嘧啶激发到(1)^(π,π^(*))态(即S_(2)态).然后,利用覆盖范围为280—360 nm的紫外超连续谱作为探测光,实现对尿嘧啶激发态和基态动力学的同步探测.测量发现,尿嘧啶在乙腈溶剂中显现了两个动力学衰减过程,即9.8 ps(在300 nm处)和>1000 ps,分别对应于振动冷却过程和三重态的衰减过程.这一观察与水溶液中的结果差异很大,因为在水溶液中基本没有测量到三重态的布居.通过对一系列溶液展开测量,发现尿嘧啶的超快动力学过程依赖于溶剂形成氢健能力的大小.越容易形成氢键的溶剂,尿嘧啶越不容易布居到三重态.

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.

瞬态吸收光谱茜素超快动力学研究

激发态质子转移是光物理学、光化学和光生物过程中最基本的化学反应之一。激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)通常是指有机分子受到激发,到达激发态后,质子在激发态势能面上从质子供体基团转移到质子受体基团并形成含有分子内氢键多元环的过程,一般发生在亚皮秒量级。质子转移可应用于有机发光二极管、荧光探针等领域。茜素,即1,2-二羟基蒽醌,可从茜草根部提取,具有与醌类衍生物相似的结构,常用于染料、染色剂和药物等。近年来,发现茜素分子具有质子转移特性,可用来制备新型“绿色”染料敏化电池。利用稳态吸收、稳态荧光和飞秒瞬态吸收光谱技术以及第一性原理理论计算对溶于乙醇溶液的茜素分子的质子转移过程进行了研究和分析。稳态吸收和稳态荧光研究结果表明:在基态时,茜素分子的正常构型9,10-酮处于稳定状态,容易发生跃迁;在激发态时,茜素分子的互变异构体构型1,10-酮处于稳定状态,容易产生荧光发射。飞秒瞬态吸收光谱测量使用的激光的激发波长为370 nm。测得的瞬态吸收光谱在430 nm附近存在茜素的基态漂白信号。通过使用全局拟合方法对瞬态吸收光谱进行分析研究发现:茜素正常构型9,10-酮的激发态分子内质子转移时间为110.5 fs,茜素互变异构体构型1,10-酮分子内振动弛豫时间为30.7 ps,茜素互变异构体构型1,10-酮荧光寿命为131.7 ps。通过使用单波长动力学拟合的方法对瞬态吸收光谱进行分析发现:发生质子转移的时间尺度与运用全局拟合方法得出的结果基本一致;茜素分子的正常构型9,10-酮分子在110.5 fs的时间尺度内处于快速减少的趋势,而茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子在这一时间尺度内处于快速上升的趋势。当延迟时间增大时,茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子又呈现缓慢衰减的趋势。

飞秒激光诱导瞬态光栅多级衍射

瞬态光栅测量法是一种时间分辨四波混频技术 ,它是研究介质非线性特性一种重要的手段。这种瞬态光栅测量方法对任何导致介质折射率改变相当灵敏 ,因而被广泛应用于研究物理和化学动力学过程。在介质中 ,当两束泵浦光在空间和时间上重合时 ,就构成一个光栅 ,光栅空间周期Λ=λex/ 2sin(θ/ 2 ) ,λex 是激发波长 ,θ是两束激发光束之间的夹角。另外一束探测光 (时间延迟 )被这个光栅衍射 ,在布拉格衍射角度上产生一束相干光。在这种情况下 ,这个光栅形状是正弦的 ,而且只有一级衍射信号产生。然而 ,在超快超强激光 (飞秒脉冲 )作用下 ,可能在光栅亮区域里诱导一种“溶解态” ,这样光栅形状将不再是正弦的 ,多级衍射信号可能产生。本文我们用飞秒激光诱导瞬态光栅方法研究TeO2 -Nb2 O5-ZnO -CeO2 玻璃的多级衍射。在零延迟共有五级衍射信号可以被观察到 ,它们的强度关系如下 :I1>I2 >I3≈I4 ≈I5。随着正负延迟时间的增加 ,衍射信号从高级到低级逐渐消失。我们把这个负的时间延迟信号归结为由于局域场相互作用。这种多级衍射起因于在介质中光栅形状不是正弦的。根据实验数据 ,我们模拟了光栅形状的演化过程 ,随着正负延迟时间的增加 ,光栅形状将从非正弦变成正弦 。

利用飞秒受激拉曼光谱技术研究Pyranine分子激发态质子传递过程

本文利用共振增强的飞秒受激拉曼光谱技术结合瞬态吸收光谱技术研究了光致产酸剂Pyranine发色团分子在水溶液中与醋酸根离子之间的光致激发态质子传递过程.实验中观测到了Pyranine发色团在400—1700 cm^–1频率范围内去质子化状态下的激发态拉曼振动光谱.同时在920 cm^–1处也观测到了质子化醋酸根离子中激发态碳-碳单键伸缩拉曼振动信号.通过对激发态质子传递中给体和受体的动力学的分析得到了在该条件下的激发态质子传递的速率.

时间分辨飞秒相干光谱技术的发展与展望

本文概述超短脉冲激光相干光谱技术的基本原理及发展分析了与这些技术相关的理论 ,同时指出了以往相干光谱技术中存在的问题。针对本课题组 fs或亚氏 fs相干光谱实验技术中存在的主要问题提出了具体的改进思路 :减少延时线的误差 ,提高泵浦和探测光斑在样品上的重合度 ;对探测光进行调制 ;获取 fs脉冲激光与物质相互作用的振幅、相位和波矢的信息 ;

钙钛矿的超快载流子动力学研究进展

在第三代太阳能电池中,钙钛矿太阳能电池最具应用前景。钙钛矿中的载流子动力学行为,包括载流子的生成、转移与复合,与太阳能电池的性能密切相关。由于载流子的动力学过程通常发生在亚皮秒到纳秒的尺度上,因此飞秒瞬态吸收光谱是研究这一瞬态过程的最有力技术。通过分析钙钛矿的飞秒瞬态吸收光谱,综述了钙钛矿的超快载流子动力学的研究进展,包括热载流子的探测、缺陷态捕获以及电荷转移过程,并对飞秒瞬态吸收光谱的发展前景进行了展望。

基于FTTR技术的银膜中电子非平衡弛豫持续时间的研究

首先利用磁控溅射镀膜法分别用硅材料和玻璃作衬底制备了不同厚度的金属银薄膜,然后利用飞秒激光瞬态热反射技术(femtosecond transient thermoreflectance,简称FTTR)研究了金属薄膜内部电子非平衡弛豫时间。实验结果表明,相同基材、相同厚度的金属薄膜内电子非平衡弛豫持续时间是相同的。相同泵浦光功率时,电子非平衡弛豫持续时间与膜厚成反比。另外金属薄膜的衬底材料不同,对电子非平衡弛豫持续时间也有不同程度的影响。

红荧烯类似物C38H24S2的单线态分裂过程

单线态分裂可以规避光电转换中的能量损失,从而提高光电转换效率。利用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术研究了在不同激发条件下溶于甲苯溶液的红荧烯类似物C38H24S2的激发态动力学过程。在550 nm和365 nm光激发下,激发单线态与基态分子发生碰撞,分别在8.2 ps和3 ps时产生了关联的三线态激子对。但在550 nm光激发下未观察到独立的三线态激子信号;而在365 nm光激发下,关联的三线态激子对的诱导吸收信号发生了转移,在探测波长550 nm附近观察到独立的三线态激子的吸收。在460 nm光激发下,利用奇异值分解的方法在瞬态吸收光谱中观察到了单线态分裂过程。

激光光谱学

O657.38 2000053086飞秒差异吸收微弱信号测量技术=Femtosecond differenceabsorptive faint signal measurementtechnology[刊,中]/贺俊芳,王水才,杨鸿儒(中科院西安光机所瞬态光学技术国家重点实验室.陕西,西安(710068))//光子学报.—1999,28(10).

超快太赫兹光谱洞悉瞬态自旋动力学——上海大学金钻明副教授

传统微电子学只研究和应用电子的电荷属性来输运能量与信息,而关于电子的另一个内禀属性,奇特的量子性质——自旋,研究的相对较少。近年来,鉴于超快脉冲激光抽运-探测技术的飞秒时间分辨,为研究磁有序材料提供一个强有力的研究手段,能得到材料中的超快自旋动力学信息。

CdSe／ZnS量子点敏化太阳能电池电子注入与光伏性能表征

合成了CdSe/ZnS核壳结构量子点(QDs),将其作为光敏剂吸附在TiO2纳米晶薄膜上,组装成量子点敏化太阳能电池(QDSSCs),从电子注入速率和电池性能两方面对QDSSCs进行了表征.为了定量研究ZnS层包覆对电子注入的影响,运用飞秒瞬态光谱技术,测试了包覆ZnS前后,CdSe-TiO2体系的电子注入速率.实验测得ZnS包覆前后电子注入速率分别为7.14×1011和2.38×1011s-1,可以看出包覆后电子注入速率明显降低,仅为包覆前的1/3.电池器件J-V性能测试表明,ZnS作为绝缘层包覆在CdSe的表面有效提高了QDSSCs的填充因子和稳定性,但同时也导致了效率的降低.上述结果说明了电子注入速率的降低是导致电池电流和效率下降的重要原因,为今后优化核壳结构QDSSCs的电流和效率提供了依据.

酪氨酸猝灭Eosin Y的荧光（英文）

氨基酸残基对探针分子的荧光猝灭行为可以为生物大分子的结构及构象动力学研究提供重要的信息.本文运用飞秒瞬态吸收光谱和时间相关单光子计数实验系统研究了在水(H2O)和氘代水(D2O)溶液中乙酰基取代酪氨酸(AcTyr)对Eosin Y的超快荧光猝灭动力学过程.发现导致AcTyr对Eosin Y荧光猝灭的主要原因是由于它们之间形成了短寿命的基态复合物.我们还发现Eosin Y与AcTyr形成的基态复合物的激发态寿命具有明显的动力学同位素效应,表明AcTyr对Eosin Y的荧光猝灭是通过质子耦合电子转移过程发生的.

金纳米颗粒在不同包裹介质中的超快等离子体动力学（英文）

为了探究不同包裹介质对金纳米颗粒的超快等离子体动力学的影响,本文我们制备了聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、二氧化硅(SiO_2)、二氧化钛(TiO_2)以及氧化亚铜(Cu_2O)四种介质包裹的金纳米颗粒。运用飞秒泵浦探测技术,我们分别获得了PSS、SiO_2、TiO_2以及Cu_2O包裹的金纳米颗粒在不同时间延迟下的飞秒瞬态吸收光谱。我们发现TiO_2包裹的金纳米颗粒的飞秒瞬态吸收光谱特征与PSS和SiO_2包裹的金纳米颗粒的飞秒瞬态吸收光谱特征有很大的不同,但与Cu2O包裹的金纳米颗粒的飞秒瞬态吸收光谱特征相似。全面分析PSS、SiO_2、TiO_2和Cu_2O包裹的金纳米颗粒的超快等离子体动力学行为,我们发现在TiO_2和Cu2O包裹的金纳米颗粒体系中光激发金纳米颗粒的等离子体共振吸收后产生的激发电子可以有效地转移到TiO_2和Cu_2O的导带上。

生物、生理及仿生光学

O644.1 96042796高等植物光系统Ⅱ反应中心的亚纳秒时间分辨荧光光谱的测量=Measurement of subnanosecondtime-resolved fluorescence spectra of photosystemⅡ reaction center from higher plants[刊,中]/叶彤,崔岩,陈耀东,王水才,侯洵(中科院西安光机所瞬态光学国家重点实验室.陕西,西安(710068)),侯建敏,于振宝,唐崇钦。

用于直线对撞机设计的飞秒激光技术

为康普顿X射线实验开发了高稳定高能量飞秒激光系统。该激光系统以啁啾脉冲放大为基础,并且每个部件都是主动或被动稳定的。主振荡器时间抖动小于100fs,两个独立的振荡器相对时间延迟300fs。开发了测量低重复率放大脉冲时间起伏新技术,以及特殊设计的高光束质量再生放大器。根据实验结果提出了供直线对撞机用的新技术方案,包括瞬态矩形脉冲技术,它用于低发射度电子发生器;供CO_2激光放大器用的时间稳定的籽源;以及供γ-γ对撞和多群聚电子发生器用的多脉冲高能激光器。