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    超快动力学研究,揭示飞秒瞬态吸收光谱的应用与原理
    来源: 时间:2023-06-25 16:52:26 浏览:1810次

    超快动力学研究,揭示飞秒瞬态吸收光谱的应用与原理


    飞秒瞬态吸收光谱Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy)是一种非常强大的光谱测试技术,用于研究材料和化学反应中的超快动力学过程。它结合了飞秒激光技术和吸收光谱技术,能够提供关于材料的能级结构、电荷转移、能量转移以及分子间相互作用等方面的信息。


    飞秒瞬态吸收光谱仪


    飞秒瞬态吸收光谱测试过程:飞秒瞬态吸收光谱测试的实验过程包括以下几个步骤:


    激发:使用一个飞秒脉冲激光器来激发待测样品。这个激光器通常发出高强度、短脉冲宽度为几十飞秒的光脉冲。

    参考光和探测光:将一部分激发光作为参考光束,经过光学元件后与未激发的样品进行比较。将另一部分激发光作为探测光束,经过样品后与参考光束进行比较。

    偏振控制:通过控制激发光的偏振方向,可以研究样品中的不同光学过程。

    延迟控制:通过改变探测光束与参考光束之间的时间延迟,可以获得关于样品的动力学信息。

    探测信号:探测光束经过样品后会发生吸收,吸收程度取决于样品中的能级结构和电子态的变化。通过测量参考光束和探测光束之间的吸收差异,可以得到样品在不同时间尺度上的吸收光谱。



    飞秒瞬态吸收光谱图


    飞秒瞬态吸收光谱的应用领域:


    光化学反应:用于研究光诱导化学反应的机理和动力学,探究化学反应中的中间态和反应路径。

    材料科学:用于研究新型材料的光学性质、电荷传输和载流子动力学,以改进太阳能电池、光催化剂等材料的性能。

    生物化学:飞秒瞬态吸收光谱在生物化学领域中的应用非常广泛。它可以用于研究光敏色素(如叶绿素和视黄醛)的光激发和能量传递过程,探索光合作用、视觉系统等生物过程的机制。此外,它还可用于研究蛋白质的构象动力学、电子传递和光感受性。

    半导体物理:飞秒瞬态吸收光谱在半导体物理研究中有着重要的应用。它可以用于探测半导体材料中的激子态(束缚态电子-空穴对)形成和衰减过程,研究电子和空穴的输运性质以及光电转换过程。这对于发展高效的光电子器件和光通信技术具有重要意义。

    化学动力学:飞秒瞬态吸收光谱可用于研究化学反应的动力学过程。通过观察反应中的中间态和反应路径,可以揭示反应机制、测量反应速率常数和探索分子间相互作用。



    飞秒瞬态吸收光谱测试原理:飞秒瞬态吸收光谱的原理基于样品对飞秒激光的吸收过程。其主要原理如下:


    激发:飞秒激光器发射的光脉冲具有极高的光强和短暂的脉冲宽度(飞秒级别)。这样的激光脉冲能够在极短的时间内激发样品中的电子和振动能级,产生光激发态。

    吸收:样品中的电子和振动能级与激发光脉冲发生相互作用,吸收部分能量并跃迁到更高能级。这导致样品在吸收光谱范围内发生吸收。

    参考和探测:通过将激发光束分成参考光和探测光两部分,可以在同一时间延迟下测量未激发和激发样品的吸收光谱。参考光与未激发样品相互作用,而探测光与激发样品相互作用。

    检测:将参考光和探测光进行比较,并通过检测两者之间的吸收差异来获得样品的瞬态吸收光谱。这种差异反映了激发态和基态之间的能级结构变化和电子态的演化。

    时间分辨:通过控制探测光束与参考光束之间的时间延迟,可以在不同的时间点上获得吸收光谱。通过改变时间延迟,可以观察样品中瞬态吸收过程的演化,从而获得超快动力学信息。

    偏振控制:通过控制激发光的偏振方向,可以研究样品中的不同光学过程和分子取向。例如通过改变偏振方向,可以观察样品中的吸收特性在不同方向上的差异。



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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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