femtoII 泵浦探测瞬态吸收光谱仪

泵浦探测瞬态吸收光谱仪

泵浦探测瞬态吸收光谱仪必要的关键部件有作为光源的飞秒脉冲激光器、提供时间延迟的延迟线、进行探测的光强探测器三个部分。

上世纪，超短脉冲激光器有了突破性进展，可以提供fs级别的超短脉冲作为超快过程研究中的光探针。脉冲激光具有MHz到kHz不等的重频，即一个个脉冲存在ns到ms不等的时间间隔，远大于fs级别的超快过程，所以泵浦-探测可以看作是在许多个脉冲周期中对样品重复激发和探测的所得信号的叠加。

时间延迟的实现方式有异步光学采样和电动平移台。异步光学采样不会用到机械部件，工作较为稳定。主要采用两台工作在不同重复频率的超快激光器使得泵浦光和探测光的光脉冲在时间上不完全重叠，如同长度测量时的游标卡尺，如附图(b)。电动平移台是实现时间分辨为常见的一种方式，可见图c。在电机的驱动下载有一对平面镜的平移台前后移动，根据光速进行换算则可以通过控制移动的空间距离调整探测光相对于泵浦光的光程差，进而对样品进行不同时间的扫描。

信号的探测可以用各种光强探测器比如光谱仪、CCD、APD、PMT等。经过前文的分析，时间延迟通过延迟线得到控制与调整，探测器的响应时间已经无需做任何要求。

弱信号探测

在泵浦-探测技术中，被测样品的信号一般都比较弱，而且，光路中的杂散光、光源与探测器的不稳定都会产生背景噪声。一般采用锁相放大器对弱信号进行探测

利用锁相放大器时，对泵浦光进行调制，并将调制频率作为参考信号，光电探测器信号中只有与参考信号频率相同的部分才会被锁相探测、放大并输出，达到提高信噪比的目的。调制可以用斩光器(Chopper)、声光调制器(AOM)或电光调制器(EOM)。斩光器利用机械遮挡与通过的方式控制光的通断，声光、电光调制器通过电控可以达到更高的调制频率(MHz级别)，获得更高的信噪比。

2.3 时间分辨技术对比

超快时间分辨技术还有许多种，比如条纹相机、四波混频(Four-Wave Mixing)、Z扫描(Z-scan)、光学克尔效应(Optical Kerr Effect)、双光子荧光(Two-Photon Photoluminescence)等。相比其他探测技术，泵浦-探测技术由于可以根据具体需要研究的过程选取激发光探测信号类型，也可以选择电、热等其他方法进行泵浦和探测，具有很大改造空间和适用范围。

应用范围和作用

对于化学研究，艾哈迈德﹒泽维尔(Ahmed H. Zewail)通过泵浦-探测研究了ICN解离出I原子的动力学演化过程，首先从实验中观察到了基元反应过程，获得了1999年诺贝尔化学奖，开创了飞秒化学这一研究领域。此外，由于泵浦-探测技术可以提供电子能级、载流子动力学等信息，在纳米材料、半导体材料的鉴别、性质研究等领域起到作用。在生物学领域，1995年首次在体外对染料标记的细胞进行激发[，提供了一种无需高速探测器的荧光寿命研究方法。