基于色散补偿的宽光谱“9”字腔掺镱光纤激光器

超快激光器凭借其脉宽窄、光谱宽、峰值功率高等特点,在工业、医疗、科研等许多领域有着重要应用。通过在“9”字腔内进行色散补偿,激光器可以同时实现宽光谱输出与自启动锁模,当泵浦功率为160 mW时,光谱中连续光成分消失,两输出口的光谱半高全宽为22.6 nm和26.2 nm,压缩后脉冲宽度达到143 fs和128 fs。在自由运转情况下,1 h内输出激光的平均功率均方根值(root mean square,RMS)为0.1%。所设计的激光器具有光谱宽、集成度高、稳定性强的优点,能够满足微纳加工、生物光学、光谱探测等领域对超快激光的应用需求。

超快激光诱导等离子体成丝光谱

飞秒激光等离子体光丝大气中传输的独特物理过程在航天领域具有重要的应用前景。采用仿真与实验,验证了飞秒等离子体成丝的光谱展宽特征,获得了超快等离子体光丝在不同参数特征下,覆盖从可见到红外探测系统的波谱范围,及保持系统相对稳定的特征,对于借助强激光等离子体光丝光谱进行红外特征探测具有重要的启发作用。

内周天线CP43、CP47中β-Car到Chla分子间的能量传递

采用超快荧光光谱动力学对从菠菜中分离纯化的内周天线 CP43、CP47进行研究 ,获取了它们的动力学三维荧光谱 ,CP43的荧光光谱范围为 640～ 780 nm,最大峰位于 680 nm处 ,在该峰值处的荧光寿命约为 3.54ns;CP47的荧光光谱范围为 630～ 775nm,最大峰位于691 nm处 ,在该峰值处的荧光寿命约为 3.2 2 ns,在 CP43和 CP47中 ,Chla分子发射荧光的效率分别约为 38.3%和 40 .6% .依据分子的退激发途径 ,我们分析认为在 CP43、CP47中 β- Car→ Chla分子的能量传递速率常量分别为 9.0 6× 1 0 11s- 1,1 .3× 1 0 12 s- 1;能量传递效率分别为47.5%、66.5% ;并估计 β- Car分子与 Chla分子外周之间的距离分别为 0 .1 1 0 nm、0 .0 85nm.

飞秒差异吸收微弱信号测量技术

本文报道一种用飞秒差异吸收光谱装置探测光合作用光系统Ⅱ（PSⅡ）颗粒复合物电子传递、电荷分离、能量传递技术，装置的时间分辨率小于120fs，光谱调谐范围为720～860nm，采用低温双探头Boxcar平均处理器进行信息采集处理，测得了PSⅡ颗粒复合物3．2±0．3Ps的P680*Pheo到P680＋Pheo－的电荷分离时间，还获得了由外周天线到内周天线CP43和CP47，再到PSⅡ反应中心的能量传递时间25ps，以及电荷分离后的能量衰变时间37．2ps．

皮秒分辨荧光光谱测量的延时分幅扫描单光子计数技术

介绍并分析了我们创建的一套以雪崩光电二极 (APD)为探测手段的皮秒分辨延时分幅扫描单光子计数荧光光谱测量装置 ,该装置具有高信噪比和高灵敏度 ,可对 5 pw的荧光信号快速响应。创新性地采用了延时分幅扫描技术 ,最大限度地发挥光电探测器优越性 ,将系统的时间分辨率提高了 16 7倍。

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300nm～1 600nm、脉宽>2ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。

飞秒脉冲干涉自相关修正光谱的啁啾特性

为了测量飞秒激光脉冲啁啾,采用了一种对干涉自相关光谱作频谱修正的简单方法,得到干涉自相关修正光谱。利用该修正光谱对啁啾有很高灵敏度的特性,对高斯型强度分布的线性啁啾、平方啁啾脉冲进行了理论分析和实验验证,取得了修正光谱的下包络峰的高度与啁啾量对应关系、下包络峰的个数与啁啾次数对应关系。结果表明,根据干涉自相关修正光谱下包络的峰值,可估定啁啾的量值,根据干涉自相关修正光谱下包络峰的个数可以判断脉冲啁啾的次数。这一结果对精确地测量飞秒激光脉冲的微小啁啾量是有帮助的。

丁酮3s里德堡态的超快光解动力学研究

本文采用195.8 nm飞秒激光将丁酮分子激发到S_2(n,3s)里德堡态,在800 nm探测光的作用下获得时间分辨的飞行时间质谱.对实验结果的分析表明,由于丁酮α位置具有一个甲基和一个乙基,使得NorrishⅠ型解离反应表现出丰富的动力学特征.母体离子瞬态衰减的时间常数为(2.23±0.02)ps.丙酰基离子瞬态衰减与母体类似,只有一个为(2.15±0.02)ps的时间常数,说明丙酰基离子来自于母体的解离性电离.乙酰基离子的时间曲线拟合得到四个时间常数:τ_1=(2.40±0.15)ps,τ_2=(1.10±0.25)ps,τ_3=(0.08±0.02)ps,τ_4=(17.72±0.80)ps,分别对应于S_2→S_1的内转换,S_1态生成CH_3CO(A)的初步解离,CH_3CO(A)快速内转换为CH_3CO(X),以及CH_3CO(X)基态上的二次解离.丁酮分子α-C-C键的解离存在分子内振动能量再分配(IVR)与势垒解离两种竞争的解离通道,但在该实验条件下,我们认为是通过分子内振动能量再分配通道发生解离的结果.

基于空谱干涉和频域分割的超快激光时空耦合特性的单次测量方法

大口径超高峰值功率激光的时空耦合(spatiotemporal couplings,STCs)畸变会严重影响焦斑的功率密度,为了准确预测远场处的光场分布、补偿STCs畸变以提升远场的峰值功率密度,亟须一种有效的时空耦合特性的单次测量方法.本文提出了一种基于空谱干涉和频域分割的超快激光时空耦合特性测量方法,对该测量方法的基本原理与实现方式进行了详细的阐述,并对其进行了模拟计算与分析,模拟结果表明该测量方法能够精确表征超短脉冲激光的时空耦合特性.

基于混合锁模的耗散孤子掺铒光纤激光器

从一种简单、全光纤结构的混合被动锁模掺铒光纤激光器中,得到了高稳定性、宽光谱的耗散孤子。激光器结合了半导体可饱和吸收体和非线性偏振旋转两种锁模机制,并运行在正常色散区内;通过色散管理,激光器能产生光谱宽度39.1 nm和时域宽度178 fs的孤子脉冲序列。激光输出的中心波长为1.55μm,重复频率约为34.3 MHz,单脉冲能量在0.33 nJ左右。与此同时,激光器的斜效率也约等于15.5%;室温工作下,激光器能实现自启动锁模,且运行在稳定单脉冲输出状态的时长在15 h以上。

基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术

系统介绍了几种基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术,包括传统的光克尔双折射快门技术,瞬态光栅快门技术,以及利用瞬态克尔透镜效应的光学快门技术。这些技术都是在泵浦-探测的实验配置基础上,利用门控光对克尔介质折射率的瞬态调制导致的信号光的相位(偏振态)、传播方向或光束发散角等光学特性的改变实现对信号光的超快时间分辨测量。对比讨论了这些超快快门技术的工作原理和实验配置,结果表明瞬态光束偏折快门技术相比其他快门技术具有无偏振配置要求、无相位匹配条件、超宽带光谱响应范围的特点,在光与物质相互作用的超快动力学研究中具有更为广阔的应用前景。

时间序列编码放大显微系统的成像方法研究

提出一种新的用于时间序列编码放大显微系统的成像方法,主要解决了非平带光谱激光源和放大过程的非平带增益问题,避免了脉冲边沿低水平振幅的浪费。使用通信波段1550nm波长锁模脉冲激光源,以线扫描方式对USAF-1951分辨率板第一组别刻痕实现了清晰超快成像,有效地验证光学拉伸技术中的时间-空间-频率的一一映射特性和色散傅里叶变换中的放大过程,反映了该系统其在μm尺度、MHz帧率成像领域的潜力。

丙烯酸分子的激发态超快预解离动力学(英文)

利用飞秒泵浦-探测技术结合飞行时间质谱(TOF-MS),研究了丙烯酸分子被200nm泵浦光激发到第二电子激发态(S2)后的超快预解离动力学.采集了母体离子和碎片离子的时间分辨质谱信号,并利用动力学方程对时间分辨离子质谱信号进行拟合和分析,揭示了预解离通道的存在.布居在S2激发态的分子通过快速的内转换弛豫到第一电子激发态(S1),时间常数为210fs,随后再经内转换从S1态弛豫到基态(S0)的高振动态,时间常数为1.49ps.分子最终在基态高振动态势能面上发生C-C键和C-O键的断裂,分别解离生成H2C=CH和HOCO、H2C=CHCO和OH中性碎片,对应的预解离时间常数分别约为4和3ps.碎片离子的产生有两个途径,分别来自于母体离子的解离和基态高振动态势能面上中性碎片的电离.

三种状态蒽的三重态吸收性质研究

利用瞬态吸收光谱技术研究了蒽在甲苯溶液和PMMA薄膜及晶体中的瞬态吸收过程,发现当激发波长375 nm处的吸收度为0.7时,溶液中蒽的三重态最大吸收信号强度为其在PMMA中的5倍,而在高吸收度的晶体中,三重态吸收较低。通过建立模型分析,PMMA中的蒽分子存在光场诱导下偶极矩的宏观统计极化,导致宏观极化偶极矩的降低,而处于甲苯溶液中的蒽分子则易被光场所极化,产生较大的极化偶极矩,这是引起三重态吸收信号差异的原因。在晶体状态下,S_(1)能级发生分裂,低于T_(2)能级,S_(1)-T_(1)能量差较大,系间窜越失效,抑制了三重态吸收。以上结果解释了蒽分子在不同状态下三重态最大吸收信号差异。

梳状谱发生器的设计

文章介绍了梳状谱发生器的设计思路以及工作原理，并对其中的设计要点做了重点介绍，超快脉冲采用HMC722LC3C芯片和HMCC019开关实现。最后对工作过程进行分析。通过高速宽带芯片的使用，使得梳状谱发生器具备带宽宽、体积小、速度高的特点。

基于选择编码的超快速磁共振波谱方法

核磁共振(NMR)波谱技术是当今最有力的谱学工具之一,在化学、生物和医药等众多领域获得重要而广泛的应用.基于时空编码的快速采样方法自2002年Frydman小组提出后,大大增强了高维磁共振波谱的采样效率.在某一些应用体系中,存在若干个强度远超于其他谱峰的情况,很容易由于动态增益不足而检测不到某些较弱的谱峰,而往往这些较弱的谱峰包含着感兴趣的信息.且在实际的化学生物应用中,存在选择性感兴趣检测的情况,即只需要选择性地观察若干个具有标记作用的谱峰.由于时空编码技术借助于高速切换的双极性梯度来完成解码,因而无法选择性地检测若干个非连续的频点.为解决以上两个问题,该文提出一种选择编码的时空编码方法,即在序列中施加选择性脉冲,选择性破坏某些谱峰的编码过程,使之不能在解码期解码,从而简化谱图,实现选择性压制或者非连续频点的感兴趣检测.如果把选择性反转脉冲换为硬反转脉冲加选择性反转脉冲,则最终的谱图中只出现被选择性脉冲选中的谱峰.理论分析及相关的实验验证了这种方法的可行性和有效性.

利用激光实时频谱直接观测分子结构变化(英文)

利用脉宽小于5 fs的激光脉冲超快光谱同时研究了RuⅡ(TPP)(CO)的电子弛豫和振动动力学。研究认为,由1Qx(1,0)(π,π*)and1Qx(0,0)(π,π*)产生的信号按1Qx(1,0)(π,π*)→1Qx(0,0)(π,π*)→3(d,π*)→3(π,π*)和1Qx(0,0)(π,π*)→3(d,π*)→3(π,π*)的顺序从高能态衰减到低能态1。Qx(1,0)(π,π*),1Qx(0,0)(π,π*),3(d,π*),和3(π,π*)的电子寿命依次为(230±70)fs,(1 150±260)fs,(2 150±360)fs和极大于4.8 ps3。(d,π*)和3(π,π*)的寿命估计为(2150±360)fs和极大于4.8 ps。计算动态Stokes-shift过程中的能量衰减率,得到了从1Qx(1,0)(π,π*)到1Qx(0,0)(π,π*)的渡越时间为(190±40)fs,表明1Qx(1,0)(π,π*)的寿命与该渡越时间有相对较好的一致性。对频谱图的分析表明,依赖时间变化的振动光谱与自旋态变化有关,自旋态可以通过曲线交叉点或者单态和三重态之间的势能面的圆锥交面从激发单重态中的Franck-Condon态变化到三重态。研究发现,不能简单地使用单重态信号频谱的指数衰减形式和三重态振动信号频谱的指数增长形式来表示这种动态变化。相反,振动频谱的变化伴随着复杂的动态变化。首先,单重态振动频谱发生衰减,然后产生不同于单重态和三重态的新的振动频谱。新的振动频谱增长和衰减后,三重态的振动频谱开始增长。这种动态变化似乎与电子频谱的动态变化不同,将这种明显差异的原因解释为:振动频谱的变化可以敏感地检测处于平衡点和过渡状态或者接近锥形交集状态中的单重态和三重态的结构差异。

激发态和瞬态中间体的光谱探测与调控

光敏性分子的激发态是高能的活性中间体,寿命短、电子结构异常复杂,导致其光物理和光化学过程难以控制.光敏性分子激发态的时空探测与调控尚处在起步阶段,是目前光化学领域研究的热点和难点.通过超快光谱研究复杂的光物理和光化学过程,跟踪和探测激发态和瞬态中间体,获得激发态和瞬态中间体电子结构和动力学过程是理解复杂光化学光控机制的基础,但难以实现.因此本课题组利用超快光谱开展了光敏性分子的激发态时间分辨探测与调控的工作,揭示了激发态构效、电子结构与反应活性的内在关系,进而可实现对激发态的调控,为光功能材料设计提供理论指导和科学依据.

基于实时频谱分析技术的短波发信监测设备

论文介绍了实时频谱分析技术,利用该技术研制具备短波猝发信号监测功能的短波发信监测设备。该设备具有安装方便,操作简单以及不介入发射系统进行发射信号监测的特点。

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。