基于各向异性及后加速技术的百飞秒时间分辨条纹管设计

减小空间电荷效应及扫描偏转系统边缘场效应引起的时间弥散是实现百飞秒级时间分辨条纹管的关键.本文提出并设计了一种新型飞秒条纹管,结合超高加速电场、高扫描速度和后加速电场的设计,可在光电阴极4 mm×10μm的范围内实现100 fs量级的时间分辨率.通过优化设计加速电极结构,使光电阴极有效探测范围内的电子均可在15 kV/mm量级的强电场中加速运行,有效地抑制了电子脉冲的物理时间弥散;在阳极入口处放置窄狭缝以减小大角度光电子引起的时空弥散对性能的影响;最后在荧光屏处设置+5000 V的高电位,以缩短光电子在等位区的渡越时间,进一步减小空间电荷效应引起的时间弥散.最终,此设计方法能够将条纹管的时间分辨率提高至百飞秒量级.

光系统Ⅱ捕光复合体飞秒时间分辨荧光特性的研究

采用时间分辨荧光光谱技术研究了菠菜 (SpinaciaoleraceaL .)叶绿体中捕光色素复合体 (LHCⅡ )荧光的时间特性和光谱特性。用脉宽为 12 0fs、波长为 40 0nm的倍频钛宝石激光激发LHCⅡ样品 ;原始荧光信号由Boxcar采集 ,通过建立多指数模型 ,用非线性最小二乘法拟合 ,得到了激发能在LHCⅡ中传递的时间常数分别为 :32 0fs、4.0ps和 2 0 .0ps。相对应的各组分荧光占总荧光的百分比分别为 :3.4%、5 0 .0 %和 46 .6 %。经全局分析 ,解得荧光强度随波长变化曲线 ;用高斯 3峰解叠得到荧光光谱的峰值波长分别为 :6 5 2nm、6 72nm和 6 91nm。通过分析得出了时间常数与LHCⅡ中各色素成分之间的对应关系 。

PSⅡ核心复合物能量传递的飞秒时间分辨荧光光谱学研究

运用稳态、瞬态荧光光谱技术对光系统Ⅱ核心复合物的能量传递动力学进行研究。分别用436 nm光脉冲激发叶绿素a分子、451 nm光激发叶绿素a和β-胡萝卜素分子、473和481 nm光激发β-胡萝卜素分子,得到5组反应能量传递、电荷重组等过程的寿命组分:8～40 ps为核心天线中β-胡萝卜素分子通过相邻β-胡萝卜素分子或中间叶绿素a向叶绿素a分子传递能量的时间;85～152 ps为核心天线色素分子激发能传递时间;201～925 ps反映部分电荷重组过程;1.031～1.21 ns为参与能量传递的色素分子从激发态衰退回到基态的时间;6.17～18.13 ns的长寿命时间组分归因于P680+Pheo-的重组过程。将荧光发射谱进行高斯解析,发现在核心复合物中还至少存在Chla683685、Chla680682、Chla673,677679三种特征叶绿素a分子。

时间分辨飞秒激光诱导击穿光谱的设计与研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)具有样品无需预处理,操作简单,分析快速等优点,已在多个领域获得应用。实验搭建了飞秒激光诱导击穿光谱(Fs-LIBS)装置,使用波长800 nm,脉宽100 fs的飞秒激光器作为激发光源,门控ICCD作为检测器。LIBS用于检测静态液体时会发生液体波动飞溅等问题,信号较差,该实验以液体射流的方式进样,以NaCl标准溶液为模型体相,Na(Ⅰ)589.0 nm为分析线进行测试。该实验采用时间分辨LIBS的方法,考察了飞秒激光作用于样品后的LIBS发射光谱随时间的演化,发现在激光脉冲作用于样品表面40 ns后Na原子发射谱线达到最强,信背比也同时达到最大值。表明飞秒脉冲激发的LIBS可以通过时间分辨,有效消除宽带背景发射的影响,更高效地对样品中的待测目标进行检测。研究了激光激发功率、ICCD门宽、激光焦点到样品表面距离等实验条件对LIBS信号强度和信噪比的影响,并优化了实验参数。在延迟时间40 ns、激发功率100 mW、门宽5μs、焦点位于样品前表面的最佳实验条件下,测试了海水样品的LIBS光谱和Na含量,检测了不同浓度NaCl标准溶液,并绘制了Na(Ⅰ)589.0 nm的定标曲线,得到NaCl标准溶液中Na元素的检测限为0.98 mg·L^(-1)。实验结果表明,LIBS技术满足快速、实时检测元素的要求,可以用于研究等离子体动力学演化过程,实现元素的定性和定量分析。

飞秒时间分辨质谱方法研究CF_3I光电离动力学

利用飞秒双色泵浦 探测 (pump probe)飞行时间质谱方法研究了CF3 I分子多光子电离动力学 ,所用泵浦光及探测光的中心波长分别为 2 6 5和 398nm .获得了母分子离子CF3 I+ 信号及其碎片离子CF3 + 和I+ 信号的寿命衰减常数分别为 (96± 7)、(198± 13)和 (16 7± 6 )fs.这些离子产生的多光子通道机理不同 :CF3 I来自 (1+2′)跃迁 ,单光子泵浦光与CF3 IA带共振 ;驭光子泵浦光激发CF3 I分子到 5 pπ7sδ(2 Π1/ 2 )里德伯态 ,单光子探测光电离产生的母分子离子解离产生CF3 + ;I+ 来自 (2 +2′)和 (1+1′ +2′)

飞秒时间分辨质谱和光电子影像对分子激发态动力学的研究

分子量子态的研究,特别是分子激发态演化过程的研究不仅可以了解分子量子态的基本特性和量子态之间的相互作用,而且可以了解化学反应过程和反应通道间的相互作用.飞秒时间分辨质谱和光电子影像是将飞秒抽运-探测分别与飞行时间质谱和光电子影像相结合的超快谱学方法,为实现分子内部量子态探测,研究分子量子态相互作用及超快动力学过程提供了强有力的工具,可以在飞秒时间尺度下研究单分子反应过程中的光物理或光化学机理.本文详细介绍了飞秒时间分辨质谱和光电子影像的技术原理,并结合本课题组的工作,展示了这两种方法在量子态探测及相互作用研究领域,特别是激发态电子退相、波包演化、能量转移、分子光解动力学以及分子激发态结构动力学研究中的广泛应用.最后,对该技术的发展前景以及进一步的研究工作和方向进行了展望.

飞秒荧光亏蚀光谱技术研究液相体系取向弛豫

Femtosecond time-resolved fluorescence depletion spectroscopy was used in the study of the orientation relaxation of Rhodamine 700(LD700) and Oxazine 750(OX750) in DMSO. The anisotropy functions of the dye molecules were obtained from the fluorescence depletion spectra, as the polarization of probe pulse is parallel and perpendicular respectively. The results show that the transition dipole moment of the pump and the probe of LD700 and OX750 are parallel. The time constants of the orientation relaxation of these dye molecules in DMSO are 1.8 and 1.9 ps for LD700 and OX750, respectively.

高Tc超导体的室温飞秒时间分辨谱研究

本文研究了室温下ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（７－ｘ）（ｘ＝０．１，０．４，０．８）和ＰｒＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（６．９）外延膜的飞秒瞬态反射谱。结果表明，瞬态反射信号△Ｒ（ｔ）的符号和弛豫时间与载流子浓度密切相关，对超导的ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（６．９），样品进行不同程度的去氧处理或者用Ｒｒ替代Ｙ后，△Ｒ（ｔ）的符号由正变负，弛豫时间由小于１００ｆｓ增加到大于１ｐｓ，说明在高Ｔｃ氧化物超导体中，载流子浓度的减少使载流子－声子耦合强度降低。

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.

飞秒激光引导高压放电下的SF6等离子体时间分辨光谱特性

SF6作为气体绝缘介质广泛应用于气体绝缘设备中,其电弧等离子体得到广泛研究,但对SF6电弧等离子体时间分辨光谱特性的研究还未见报道.本文在SF6环境中利用飞秒激光自聚焦产生的光丝引导高压放电,诱导产生SF6等离子体;利用光谱系统采集300—820 nm波长范围内的SF6等离子体光谱,对光谱谱线开展了识别和归属研究,S和F谱线主要分布在300—550 nm和600—800 nm波段,分析认为S和F原子主要由SF6被高能电子碰撞直接或间接产生,S离子由S原子被高能电子撞击产生.给出了SF6等离子体的时间分辨光谱,等离子体光谱强度先增大后减弱,均由带状光谱和分立光谱叠加而成,带状光谱主要是由轫致辐射和复合辐射共同作用导致,基于时间分辨光谱得到了部分S和F的荧光寿命.给出了电子温度和电子密度随时间的演化规律,二者演化规律基本相同,且都随延迟时间呈指数衰减.最后,利用Mc Whirter准则得到SF6等离子体处于局部热平衡.研究结果对于开展SF6分解机理和高压设备运行状态在线监测技术研究具有重要意义.

飞秒时间分辨取样光谱仪的研制

研制的飞秒(10^(-15)s)时间分辨取样光谱仅由三部分组成:①飞秒激光探针弥散补偿光学系统,②氩激光泵浦掺钛兰宝石飞秒激光系统,③信号探测、数据采集分析处理系统。掺钛兰宝石飞秒激光器在7W氩激光全线泵浦下,能输出平均功率400mW、持续期50fs到300fs的光脉冲。其光谱可在750nm到920nm范围内调谐,经LBO晶体倍频,能得到375nm到460nm的二次谐波。整体取样光谱仪的时间分辨为90fs到320fs,光谱分辨率好于0.1nm,泵浦一探测差异吸收灵敏度达到10^(-6)～10^(-7)量级。该光谱仪已用于"八五"国家攀登计划"飞秒激光技术与超快过程研究"项目中的光合作用PSⅡ反应中心原初电荷分离等超快过程研究。

PSⅡ颗粒复合物飞秒分辨低温荧光动力学研究

采用飞秒时间分辨荧光光谱学对PSⅡ颗粒复合物在 83K ,16 0K ,2 73K下进行研究 ,实验表明随温度升高 ,光谱加宽 并且发现在PSⅡ颗粒复合物中至少存在以下几种特征Chl分子 :Chlb6 406 39,Chlb6 456 40 ,Chla6 6 36 6 0 ,Chla6 6 86 6 7,Chla6 76 6 73,Chla6 816 80 ,Chla6 826 80 /6 81,Chla6 88/6 896 84 ,6 85,Chla6 986 88 在不同的温度下 ,参与能量传递的色素分子传能途径各不相同 ,但都有一个共同点 :在到达反应中心之前能量传递高效进行 ,绝大多数能量传递到了反应中心 ,而在 6 80nm之后的波段 ,能量损耗明显增大 ,这是由于电子传能受阻 ,能量绝大多数以荧光形式耗散 对荧光衰减曲线进行时间拟合 ,得到四组时间常数 :30～ 4 0ps ,2 6 0ps ,5 5 0～ 6 70ps ,1～ 8ns 几个ns的长寿命组分 ,反映了两个能量传递过程 ,即与基对态P6 80 + pheo- ,以及能量传递过程中Chla分子由激发态辐射荧光衰退到基态以辐射荧光形式丢失能量的过程有关 5 5 0～ 6 70ps的时间组分 ,反映的是部分电荷重组的过程 2 6 0ps的组分只在 83K出现 ,应归于LHCⅡ中的Car分子经中间传递体传能到Chlb 6 39分子后继续将能量传递到反应中心P6 80的时间 30～ 4

激光诱导纳秒时间分辨荧光技术原位检测环境中多环芳烃的应用及展望

介绍激光诱导纳秒时间分辨荧光技术的发展、现状。相比其他检测环境中多环芳烃的方法、手段,结合激光诱导纳秒时间分辨荧光技术在实际工作中的应用,评述其在检测实际环境中多环芳烃方面的应用优势、潜力及前景展望。

激光诱导纳秒时间分辨荧光法原位测定吸附于红树叶片表面的菲

实现吸附于植物叶片表面多环芳烃（Polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs）的现场原位测定，是该研究领域的发展方向之一。本实验利用激光诱导纳秒时间分辨荧光（Laser—inducednanosecondtime—resolvedfluorescence，LITRF）系统，建立了原位测定吸附于秋茄（Kandeliaobovata，Ko）、木榄（Bruguieragymnorhiza，融）和桐花树（Aegicerascorniculatum，Ac）3种红树叶片表面菲（Phenanthrene，Phe）的新方法。本方法测定吸附于K0、Bg和4c叶片表面Phe的线性范围分别为2—1400ng/spot，1—1000ng/spot和4～2000rig／spot，检测限分别为0．20，0．14和0．42ng／spot，加标回收率为89．6％～108．1％，78．2％～92．4％和93．2％～112．9％．且方法的相对标准偏差小于6．0％（n=9）。将方法用于实验室暴露样品的原位测定，并与光纤荧光法对比，其灵敏度、线性范围改善显著，更有利于实现植物叶片上PAHs的现场原位测定。

邻碘甲苯分子光解动力学的飞秒时间分辨质谱研究

利用飞秒时间分辨质谱技术研究了邻碘甲苯分子在26612111激发下的光解动力学．光解产物碎片通过800nm强激光场下的多光子电离实现探测．拟合光解产物CTH7自由基和I原子随泵浦一探测延迟时间变化的信号，得到解离时间为380：h50fs，它反映的是266nm同时激发nσ^＊和ππ^＊态后C-I键的平均解离时间．此外，还利用基态碘原子的共振波长298．23nm作为探测光，通过共振增强多光子电离方法对解离生成的基态碘原子进行了选择性探测．拟合I＋随泵浦-探测延迟时间变化的信号，得到解离时间为400±50fs，这与通过800nm多光子电离得到的解离时间一致，表明解离生成的主要产物是基态碘原子．

激光诱导纳秒时间分辨荧光猝灭法原位研究菲及烷基菲与腐植酸相互作用

利用激光诱导纳秒时间分辨荧光(laser-induced nanosecond time-resolved fluorescence,LITRF)猝灭法原位研究腐植酸(humic acid,HA)分别与母环多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)菲(phenanthrene,Phe)及烷基PAHs 9-乙基菲(9-Ethylphenanthrene,9-EP)和惹稀(retene,Ret)相互作用,考察HA对母环及烷基PAHs结合特性差异与机制,对了解PAHs环境行为及生物有效性有重要意义。结果表明,通过改变延迟时间(50ns)可有效消除HA荧光干扰,实现游离Phe,9-EP及Ret浓度直接测定。利用Freundlich非线性等温吸附模型描述Phe,9-EP和Ret与HA结合特性,LITRF猝灭法与传统荧光法获得的模型拟合参数及单点结合系数结果一致。其中,参数n小于1,表明Phe,9-EP及Ret与HA均以非线性形式结合,且9-EP和Ret非线性程度高于Phe;相同给定平衡浓度下,HA与9-EP和Ret单点结合系数KOC大于Phe,而9-EP和Ret结合能力相近,且PAHs与HA结合系数均随给定浓度增加而降低。疏水性、取代基及与HA疏水空腔适应能力决定特定PAHs与HA结合特性。通过荧光寿命分析,HA存在下Phe,9-EP和Ret寿命分别为36.90,35.34和35.13ns,与未加入HA时的36.36,35.34和35.84ns无明显差异,表明Phe,9-EP和Ret与HA间的荧光猝灭以静态过程为主。LITRF猝灭法可快速有效原位研究PAHs与HA相互作用,有助于实现PAHs生态风险原位评估。

基于平行因子分析的激光诱导纳秒时间分辨荧光猝灭法原位研究芘和菲与腐植酸相互作用

基于平行因子(PARAFAC)分析的激光诱导纳秒时间分辨荧光(LITRF)猝灭法原位研究典型多环芳烃(PAHs)芘(Pyr)和菲(Phe)单独及混合状态下与Aldrich腐植酸(HA)相互作用。实验表明,在266nm激发波长下,Pyr,Phe及HA三者的LITRF光谱相互重叠,无法直接同时测定混合组分中游离Pyr和Phe荧光强度。利用PARAFAC分析可快速有效消除HA荧光干扰,获取混合溶液LITRF光谱中Pyr和Phe荧光强度及各自荧光衰减曲线,并以Freundlich吸附等温模型描述PAHs与HA结合特性。结果验证了Pyr和Phe与HA以非线性形式结合(n<1);Pyr和Phe共存时,两者与HA结合存在竞争关系。加入竞争吸附质后,Pyr和Phe与HA的吸附等温线非线性程度减弱(n趋近于1),单点结合系数下降,且竞争强度随竞争吸附质浓度增加而增强。此外,LITFR-PARAFAC猝灭法与传统荧光猝灭法所得单组分Pyr和Phe与HA结合特性无显著差异。猝灭速率常数及荧光寿命分析反映出Pyr和Phe与HA间荧光以静态猝灭形式为主。LITFR-PARAFAC猝灭法可快速原位研究混合PAHs与HA相互作用,有利于原位预测和评估PAHs的环境行为及其生态风险。

飞秒时间分辨实验中泵浦-探测交叉相关函数的测量和时间零点的确定

飞秒激光技术的出现使得实时探测与跟踪激发态超快弛豫动力学过程成为可能,并能够给出激发态动力学过程清晰的物理图像。而在飞秒时间分辨实验中,泵浦-探测相关函数和时间零点直接影响实验结果的可靠性和准确性。本文结合飞秒激光在分子激发态超快动力学过程中的应用进展,介绍了根据实验条件和要求,在具体实验过程中泵浦-探测相关函数测量和时间零点确定的几种方法。实验中选择可见光作为泵浦光和探测光时,可以通过测定随泵浦-探测时间延迟变化的泵浦激光与探测激光的和频/差频光强来确定泵浦探测交叉相关函数和时间零点;而选择中心波长在紫外甚至真空紫外的激光脉冲作为泵浦光或探测光时,泵浦-探测交叉相关函数通常采用校正的方法测量。

聚腈分子的飞秒时间分辨光克尔效应

本文利用飞秒时间分辨光克尔效应，对主链为C＝N结构的两种共轭聚腈高分子（聚氨基苯腈和聚硝基苯腈）的溶液和薄膜进行研究，所测得的时间分辨光克尔信号均表现为超快响应。测定出较大的材料三阶非线性极化率和相应的分子二阶超极化率，给出每种聚腈分子的二阶超极化率随其聚合度的增大而提高的大致规律。

用于飞秒时间分辨分子反应动力学研究的千赫兹离子／电子速度成像仪

新建了一个用于飞秒时间分辨分子反应动力学研究的离子／电子速度成像仪．通过结合千赫兹的脉冲阀和增强型CCD相机，该成像仪工作频率提高到千赫兹，与商业化的钛宝石飞秒激光系统相匹配，大大提高了气相中飞秒时间分辨分子反应动力学研究的效率．利用该成像仪，初步研究了氨分子在200nm的非绝热光解动力学．飞秒时间分辨的H原子产物平动能谱提供了关于该光解过程丰富的动力学信息．这些结果表明，该千赫兹成像仪将成为用于飞秒时间分辨分子反应动力学研究的重要实验方法之一．