MKS科研应用之超快光谱

▍前言                          

超快光谱学利用超短激光脉冲在极短的时间尺度上研究原子和分子结构和动力学，已经开发了几种超快激光光谱学方法来支持材料科学和生物学应用。

▍时间分辨荧光光谱学                          

在荧光上转换中，荧光样品被飞秒脉冲泵浦，荧光被光学门控脉冲上转换以产生和频辐射。然后，上转换的光通过单色仪或使用PMT的光谱仪进行光谱解析。与泵浦-探测光谱技术（如瞬态吸收）相比，荧光上转换的数据解释很简单，因为只测量发射。荧光上转换提供了UV-VIS和红外光谱范围内的fs分辨动力学信息。

图1.香豆素153在MeOH中的荧光上转换动力学。

▍瞬态吸收光谱

在使用瞬态吸收光谱仪（TAS）的超快时间分辨实验中，感兴趣的样品被称为"泵浦"的电子共振相干飞秒脉冲激发。这导致样品光谱的变化，样品的光谱由白光超连续谱探针同时监测多种波长，由光谱仪和相机或光电二极管阵列的组合探测。为了减少激光波动的影响，样品的吸收首先在没有泵浦的情况下测量，光学斩波器阻挡光束，然后使用后续激光脉冲解除泵浦的阻塞。使用延迟阶段调整泵浦和探测之间的时间，并重复实验，直到完全了解样品的动力学。

TAS中的信号被报告为吸收变化（OD）ΔA=log10（阻塞/未阻塞）。当光激发时信号增加时，这通常对应于基态（S0）漂白信号，或基态粒子数的耗尽，表明基态中可用于吸收探测光的光感受器较少。当信号为正时，当样品被激发时检测到的光较少，这表明激发态吸收（S1或T1）。

▍飞秒受激拉曼光谱

飞秒受激拉曼光谱仪（FSRS）是一种超快非线性光学技术，它能够采集样品的基态和时间分辨激发态拉曼光谱，从而提供振动信息，从而提供结构信息。该技术通过时间排序三个脉冲在近共线的“泵浦-探测”几何结构中进行。窄带皮秒持续时间的拉曼泵浦脉冲与重合的宽带飞秒白光超连续脉冲同时在感兴趣的样品中引起拉曼散射，该脉冲有效地放大拉曼频移光以增加信号。最后，一个可选的电子谐振脉冲，即“光化”脉冲，在拉曼脉冲之前的可变时间在感兴趣的样品中启动光物理或光化学过程。

FSRS在实验上与使用超连续谱探针的TAS非常相似，但具有高时间和光谱分辨率振动光谱的优势。这允许在解释和分配分子动力学和检测"暗"分子状态方面提供额外的工具。即使没有时间分辨率，FSRS的优势在于，使用自发拉曼光谱很难研究的分子更容易研究受激拉曼过程的增益和对荧光的相对不敏感。

▍MKS配套超快光谱产品

科研激光器

超连续谱生成套件

光学平台

用于超短激光脉冲的棱镜压缩器