Сверхбыстрая лазерная спектроскопия
-
Сверхбыстрая лазерная спектроскопия
- Использует лазеры с ультракороткими импульсами для изучения динамики в аттосекундном-наносекундном диапазоне.
- Включает различные методы для изучения динамики носителей заряда, атомов и молекул.
-
Аттосекундная-пикосекундная спектроскопия
- Измерения выполняются с помощью последовательности ультракоротких световых импульсов.
- Временная ширина импульсов должна быть такой же или короче, чем измеряемая динамика.
-
Источники света
- Титан-сапфировые лазеры: перестраиваемые лазеры, излучающие красный и ближний инфракрасный свет.
- Лазеры на красителе: используют органические красители для излучения лучей с разной длиной волны.
- Волоконные лазеры: генерируются с помощью лазерного диода и легированного волокна.
-
Генерация рентгеновских лучей
- Оптические импульсы могут возбуждать рентгеновские импульсы с помощью фотоэлектрического эффекта или лазерно-индуцированной плазмы.
-
Преобразование и характеристика импульсов
- Характеристика импульса включает длительность, энергию, фазу и форму спектра.
- Методы включают автокорреляционные измерения и оптический стробирующий анализ.
- Формирование импульсов включает манипуляции с амплитудой, фазой и длительностью.
-
Генерация высоких гармоник
- Нелинейный процесс, при котором интенсивное лазерное излучение преобразуется в высокие гармоники.
- Реализуется в лабораторных масштабах с помощью сверхбыстрых импульсов высокой интенсивности.
-
Методы преобразования частоты
- Используются кристаллы с нелинейностью второго порядка для параметрического усиления или смешивания частот.
- Примеры: оптический параметрический генератор, оптический параметрический усилитель, неколлинеарный параметрический усилитель.
-
Методы
- Сверхбыстрое кратковременное поглощение: импульсный лазер возбуждает электроны, зондирующий свет регистрирует спектр поглощения.
- Метод требует многократных измерений для усреднения данных и оценки фотохимических реакций.
- Подходит для нефлуоресцентных и непроницаемых образцов.
-
Цель установки
- Проведение кинетических измерений видов, не излучающих в других условиях
- Наблюдение за короткоживущими и нефосфоресцирующими популяциями
-
Импульсный лазер
- Используется как основной источник возбуждения и тактовый сигнал
- Позволяет строить профили затухания поглощения
-
Данные измерений UTA
- Восстановленные спектры поглощения, упорядоченные по времени задержки
- Вынужденное излучение регистрируется и деконволюционируется
-
Фотоэлектронная спектроскопия с временным разрешением
- Сочетание схемы накачки-зондирования с фотоэмиссией
- Определение кинетической энергии электронов
-
Многомерная спектроскопия
- Использование сверхбыстрых импульсов для исследования динамических процессов
- Двумерная последовательность импульсов для устранения ангармонических откликов
-
Сверхбыстрая визуализация
- Методы включают электронно-дифракционную визуализацию, Керровскую микроскопию и терагерцовую визуализацию
- Терагерцовая визуализация используется для диагностики в биомедицине
-
Фемтосекундное увеличение-преобразование
- Метод накачки-зондирования с нелинейной оптикой
- Создание сигнала с новой частотой посредством повышающего преобразования фотонов
-
Приложения фемтосекундной спектроскопии
- Изучение сверхбыстрых процессов в биологии
- Фотодиссоциация и фемтосекундное зондирование химических реакций
-
Пикосекундная-наносекундная спектроскопия
- Полосатая камера для преобразования временного профиля импульсов в пространственный
- Коррелированный по времени подсчет одиночных фотонов для анализа перехода молекул
-
Коррелированный по времени подсчет одиночных фотонов
- Анализ перехода молекул из возбужденного состояния в состояние с более низкой энергией
- Регистрация отдельных событий возбуждения-релаксации для построения кривой
-
Основные концепции метода
- Для разряда конденсатора требуется один фотон
- Эксперимент повторяется для получения полного диапазона задержек между возбуждением и испусканием фотона
-
Процесс измерения
- Компьютер преобразует напряжение в время и записывает событие в виде гистограммы.
- Вероятность распада уменьшается со временем, создавая кривую распада.
-
Сложности анализа
- Множество энергетических состояний и констант скорости усложняют анализ.
- Нелинейный анализ методом наименьших квадратов помогает выявить константы скорости.
- Определение процессов требует сочетания нескольких методов.
-
Ограничения метода
- Метод ограничен изучением энергетических состояний, приводящих к затуханию флуоресценции.
- Метод также используется для изучения релаксации электронов в полупроводниках.
-
Дополнительные методы
- Атомная спектральная линия
- Аттосекундная хроноскопия
- Электронная конфигурация
- Терагерцовая спектроскопия во временной области (THz-TDS)
- Спектроскопия с временным разрешением
-
Рекомендации
- Сверхбыстрые исследования одиночных полупроводниковых и металлических наноструктур с помощью переходной абсорбционной микроскопии
- Руководство bh TCSPC, Пятое издание, 2012
- Руководство bh TCSPC, 7-е издание, 2017
- Сверхбыстрые лазеры: анимированное руководство по работе лазеров и усилителей на титане и сапфире