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詳解飛秒瞬態吸收技術的原理及在材料科學和生物領域的應用
來源: 時間:2023-11-22 10:42:47 瀏覽:5441次

詳解飛秒瞬態吸收技術的原理及在材料科學和生物領域的應用

 

飛秒瞬態吸收技術(Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy,簡稱 FTAS)是一種強大的光學手段,用于研究物質在飛秒時間尺度內的動力學過程;該技術結合了飛秒激光脈沖和光譜學技術,能夠在原子和分子層面上實時觀察物質的微觀結構變化。




一、原理

飛秒瞬態吸收技術利用飛秒激光脈沖對物質進行泵浦(激發),使物質進入激發態,在飛秒時間尺度內,激光脈沖與物質相互作用,導致物質發生化學反應、結構變化等過程;通過檢測激光脈沖泵浦前后物質對特定波長的吸收強度變化,可以獲得有關物質動力學過程的信息。

飛秒瞬態吸收技術的核心是飛秒激光器和光譜檢測系統,飛秒激光器產生具有皮秒或飛秒時間寬度的激光脈沖,用于泵浦物質和記錄光譜信號;光譜檢測系統用于測量泵浦前后物質的吸收強度變化,從而獲得瞬態吸收光譜;通過分析瞬態吸收光譜,可以揭示物質在激發態下的結構、能級壽命、動力學過程等信息。

 

二、飛秒瞬態吸收技術在材料科學中的應用

1. 材料制備與加工

通過實時監測材料在制備過程中的吸收光譜變化,可以了解材料微觀結構的演化,從而優化制備工藝;例如,在激光熔融沉積、激光剝蝕等材料制備過程中,飛秒瞬態吸收技術可以實時監測材料表面形態、相變、熔融等過程,提高制備質量。

2. 材料動力學研究

通過對材料在激發態下的吸收光譜進行時間分辨測量,可以研究材料動力學過程,如相變、缺陷形成、電子傳輸等;這些信息對于理解材料的微觀機理和優化性能具有重要意義。

3. 光電器件研究

通過對光電器件在操作過程中的吸收光譜變化進行實時監測,可以研究光電器件的工作原理、動力學過程和性能優化;例如,在太陽能電池、發光二極管、激光器等光電器件的研究中,飛秒瞬態吸收技術發揮了重要作用。

 

三、飛秒瞬態吸收技術在生物領域的應用

1. 生物分子研究

通過對生物分子在激發態下的吸收光譜進行實時監測,可以研究生物分子的結構、功能和動力學過程;例如,在蛋白質折疊、DNA 損傷修復、光合作用等生物過程中,飛秒瞬態吸收技術可以提供有關分子結構和動力學信息。

2. 生物動力學研究

通過對生物體系在激發態下的吸收光譜進行時間分辨測量,可以研究生物體系的動力學過程,如生物大分子的組裝、拆解、信號傳導等;這些信息對于理解生物體系的微觀機制和疾病發生發展機制具有重要意義。

3. 生物光子學研究

生物光子學研究生物體系中光與物質相互作用的現象和機制,飛秒瞬態吸收技術可以實時監測生物體系在光刺激下的吸收光譜變化,從而揭示生物光子學過程的微觀機理。

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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