时间分辨激光光谱
时间分辨发光光谱
时间分辨发光光谱
时间分辨发光光谱是一种以时间为参数的发射光谱技术，它可以提供关于物体发射光谱的时间变化的信息，是研究物体的动态过程的有力工具。
时间分辨发光光谱可以用来研究物质的发光特性，包括发光机理、发光强度随时间的变化和发光波长随时间的变化。
它可以提供关于发光现象的有关信息，如发光源的活动性，发光物质的结构变化、物质的复合状态等。
时间分辨发光光谱技术由激光技术和光谱技术组成，可以在非常短的时间内测量出物质的发光光谱，从而研究物质的动态性。
它是一种比传统的发光光谱技术更加精确的技术，能够更好地反映物质的发光动态变化过程。
时间分辨发光光谱技术在多个领域有着重要的应用，如生物医学、化学和物理学等。
它可以用来研究物质的发光特性，如发光机理、发光强度随时间的变化和发光波长随时间的变化，可以反映物质在发光过程中所发生的微小变化，可以用来研究复杂物质的发光反应机理，从而探究物质的结构和性质。
时间分辨发光光谱技术是一种比较新的技术，具有很高的应用前景，可以为物质的结构和性质研究提供有力的手段，从而更好地指导物质的研究和开发。
时间分辨光谱学
多维度、多模态 测量技术的发展
未来时间分辨光谱学将更加 注重多维度、多模态测量技 术的发展，如结合空间分辨 、能量分辨等技术，实现更 全面、更深入的物质结构和 动力学信息获取。
研究现状
目前，时间分辨光谱学已经广泛应用于化学、物理、生 物等领域的研究。在化学领域，时间分辨光谱学被用于 研究化学反应动力学、分子结构和化学键等；在物理领 域，时间分辨光谱学被用于研究材料的光学性质、电子 结构和自旋动力学等；在生物领域，时间分辨光谱学被 用于研究生物大分子的结构和功能、细胞代谢和信号传 导等。同时，随着新技术的不断涌现，时间分辨光谱学 的研究方法和手段也在不断更新和完善。
超快过程概述及意义
超快过程定义
发生在极短时间尺度（如飞秒、 皮秒等）内的物理、化学或生物 过程。
研究意义
揭示微观粒子间的相互作用机制 ，理解物质的基本性质和能量转 换过程。
飞秒激光脉冲技术
飞秒激光产生原理
利用锁模技术或克尔透镜锁模技术，实现激光脉冲的极短脉宽输 出。
飞秒激光特点
脉宽极短、峰值功率极高、光谱范围宽。
时间尺度
从纳秒到毫秒，甚至更长 的时间范围。
光谱特性
包括吸收、发射、散射等 光谱现象。
研究目的和意义
揭示物质动态过程
通过研究物质在不同时间尺度上的光谱变化，可以揭示其内部结 构和动力学过程的详细信息。
拓展光谱学应用领域
时间分辨光谱学为化学、物理、生物等领域的研究提供了新的方法 和手段，推动了相关学科的发展。
生物成像
利用磷光材料的长余辉特性，可实现无背景干扰的生物成像，提 高成像对比度和分辨率。
第13讲-第五章-发射光谱技术+激光诱导荧光光谱技术+时间分辨荧光
4
原子在能级k→i间的自发发射系数Aki为
Aki
16
3e2
3 ki
3 0 h2c3
Rki 2
跃迁偶极矩阵元
Rki kr jd
谱线强度为：Iki Nk Akihki
Nk
16
3e2
4 ki
30hc3
Rki 2
Nk为能级k的布居数，而频率υki满足hυki=εk-εi。 在k和i之间是否存在辐射跃迁或荧光发射，决定于跃
ΦB12 N
量子产额
结论：荧光光子数与入射光强成正比(线性)。具有与二能级 系统相同的形式。
Laser spectroscopy and its application
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强入射光时，受激跃迁速率远大于各种辐射的与非辐射 的消激发过程，发射荧光可写成：
N2
B12
N A21 A23 B12 (1 ) B21 k21 k23 k23
dN2 / dt dN1 / dt B12 N1 ( B21 k21 A21 )N 2
N1 N2 N
Laser spectroscopy and i是在激光激发后的发射时
间τ内的积分：
N f A21 0 N 2 (t)dt
大的自发发射系数A21，而碰撞弛豫速率k21很小。为 简化计算，忽略其它能级对荧光的影响。
Laser spectroscopy and its application
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一个最简单的二能级系统，假设激发
光的能量密度为ρυ。忽略热碰撞激 发速率k12，两能级布居数随时间的变
化可以写为
k12
dN1 / dt B12 N1 ( B21 k21 A21 )N 2
N 2 A31 k31 k32
时间分辨光谱学的原理与应用
时间分辨光谱学的原理与应用时间分辨光谱学是一种在物理学和材料科学等领域中广泛应用的技术，能够通过探测时间上的细微差异来揭示物质的动态变化和内在机制。
本文将介绍时间分辨光谱学的原理和应用。
一、原理时间分辨光谱学利用光子学中的跃迁研究物质的动态变化。
物质在受到光的激发时会发生跃迁，从一个能级跃迁到另一个能级，产生吸收和发射光谱。
时间分辨光谱学则是通过测量这些光子的发射和吸收时间，来研究物质的动态变化。
其中，最基本的时间分辨光谱学技术包括荧光寿命测量和飞秒光谱学。
荧光寿命测量是一种基于荧光现象的时间分辨光谱学技术。
当电子在分子内进行跃迁时，会产生一个激发态，这个激发态会在很短的时间内发出光子而回到基态，这个过程被称为荧光。
荧光寿命即为荧光的持续时间。
通过测量荧光寿命，可以了解物质的分子构造、分子结构中电子的位置以及电子的动力学行为等信息。
飞秒光谱学则是一种基于飞秒激光的时间分辨光谱学技术。
飞秒激光是一种超短脉冲激光，其时间尺度在飞秒（1秒之万亿分之一）级别。
当飞秒激光与物质相互作用时，会对物质进行非线性响应，产生与时间有关的谱响应。
通过测量这些谱响应，就可以了解物质的光谱特性和其动态变化过程。
二、应用时间分辨光谱学在材料科学、光电子学、化学等领域中都有着广泛的应用。
1. 材料科学时间分辨光谱学被广泛应用于材料科学中，可以帮助科学家研究材料中的动态过程。
例如，通过荧光寿命测量，可以了解荧光物质在水溶液中的状况，从而寻找一些有效的应用方法。
而通过飞秒光谱学，可以了解材料的激发和电荷传输过程，以及材料的电子能带结构，有助于材料设计和制备。
2. 光电子学时间分辨光谱学在光电子学中同样有非常重要的应用，例如超快光学，涉及到飞秒光谱学和干涉调制等技术，能够实现光子背景的精确计算、调制和控制。
这些技术被广泛应用于材料和光电器件的制造。
通过超快光学技术，也可以实现超快速度的光通信和计算等领域。
3. 化学时间分辨光谱学在化学领域中也有广泛应用。
超快激光光谱学的原理与技术
超快激光光谱学的原理与技术超快激光光谱学（Ultrafast Laser Spectroscopy）是一种利用超快激光技术来研究物质的光学和电子过程的分析方法。
它通过测量物质对短脉冲激光的响应来获得信息，可以提供非常高的时间分辨率以及精确的光谱特性。
本文将介绍超快激光光谱学的原理和常用的技术。
超快激光的原理主要基于激光脉冲的特性。
超快激光是指激光脉冲的时间尺度在飞秒（10^-15秒）或皮秒（10^-12秒）级别，这使得我们能够观察和研究材料中发生的非常快的过程。
超快激光通常由飞秒激光器产生，其光谱范围可以覆盖从紫外到红外的波长。
超快激光光谱学的核心技术是时间分辨光谱测量。
其中最基本的方法是通过脉冲延迟线来控制两个光束之间的时间差，并利用这个时间差来研究样品对光的响应。
这种方法称为傅里叶变换光学相干光谱学（FT-CARS）。
在实验过程中，我们通常将样品暴露在一个脉冲激光束中，并在另一个激光束中引入一个延迟。
然后，通过探测两束光的相互作用，我们可以测量样品中的光谱特征。
1.傅里叶变换红外光谱学（FTIR）：通过将样品暴露在一个连续的宽带红外光源下，并测量样品在不同频率上的吸收或散射，来获得材料的红外光谱信息。
这种方法可以提供非常高的分辨率和灵敏度，并且可以用于研究材料的振动和转动运动。
2. 顺应性光谱学（Transient Absorption Spectroscopy）：通过测量材料对短脉冲激光的吸收或透射来研究光吸收过程。
当样品吸收光子并进入激发态时，会出现吸收峰或谱线。
通过测量光线通过样品前后的强度差异，可以获得激发态的寿命、能级结构和激发态之间的相互作用等信息。
3. 闪烁光谱学（Fluorescence Spectroscopy）：测量样品在激发态向基态跃迁时所发射的荧光光谱。
该方法可以用于研究材料的激发态寿命、荧光发射强度以及能级结构。
常用的技术包括时间分辨荧光光谱法（Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy）和荧光相关光谱学（Fluorescence Correlation Spectroscopy）。
时间分辩光谱
时间分辨光谱（Time-Resolved Spectroscopy）是一种研究物质光谱性质的技术，它通过测量物质在受到激发后随时间变化的光谱响应来获取有关物质的信息。
这种技术在许多领域都有广泛的应用，如物理、化学、生物学和材料科学等。
时间分辨光谱的主要原理是利用脉冲光源（如激光）对样品进行短时间的激发，然后通过高速探测器测量样品在激发后随时间变化的光谱响应。
这种方法可以提供关于物质内部过程的动力学信息，例如能量传递、电子转移、化学反应等。
时间分辨光谱技术有几种主要类型，包括：1. 时间相关单光子计数（Time-Correlated Single Photon Counting，TCSPC）：这种方法通过测量单个光子的到达时间来获取时间分辨光谱。
它具有非常高的时间分辨率，通常在皮秒 （10^-12秒）或飞秒（10^-15秒）量级。
2. 泵浦-探测 （Pump-Probe）技术：泵浦-探测技术通过两个或多个光源 （通常是激光器）对样品进行激发。
一个光源 （泵浦光源）用于激发样品，另一个或多个光源 （探测光源）用于测量样品在激发后随时间变化的光谱响应。
这种方法可以用于研究非线性光谱过程和超快动力学过程。
3. 飞秒光谱学（Femtosecond Spectroscopy）：飞秒光谱学是一种利用飞秒激光器进行时间分辨光谱测量的技术。
它可以用于研究超快的动力学过程，如光子学过程、电子转移和化学反应等。
时间分辨光谱在许多研究领域具有重要应用价值，例如：在生物学中，时间分辨光谱可以用于研究光合作用、光敏蛋白质和光敏信号传导等过程。
在材料科学中，时间分辨光谱可以用于研究光致发光、载流子动力学和光催化等过程。
在化学中，时间分辨光谱可以用于研究光化学反应、能量传递和电子转移等过程。
总之，时间分辨光谱是一种强大的实验技术，可以为我们提供关于物质内部过程的动力学信息，有助于深入理解各种物理、化学和生物过程。
皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱
皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱王小鹏;薛战理;曹锋【摘要】介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法.论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量.采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法.讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用.随着务纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量.%The method for measuring the spectrum of ultrafast & high energy pulsed laser in picosecond pulse width was presented with combination of photoelectrical spectrography and streak camera. The operating principle of streak camera and spectrophometric principle of plane diffraction grating were described respectively. Throughthorough\"analysis, we pointed out that the spectral measurement of ultrafast & high energy pulsed laser with wavelength in 300nm~1600nm and pulse width above 2 ps could be achieved by using our described facility. The streak image was obtained by utilizing ultrafast & high energy pulsed laser in 1054nm wavelength, and the measured spectral curve was derived by processing the data of streak camera, then the actual spectral curve was also given by calibrating the related energy parameters, the method for measuring the spectrum of ultrafast & high energy pulsedlaser in picosecond pulse width was proved. The influence of coupling lens on measuring spectrum and grating fiber's dispersion angle on streak image were analyzed finally, furthermore the role of spectrum for ultrafast & high energy pulsed laser with picosecond pulse width was discussed. With the rapid development of the technology for manufacturing streak camera, the method will be used for measuring the spectral curve of laser with femtosecond pulse width.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)003【总页数】5页(P604-608)【关键词】皮秒脉冲;激光光谱;条纹管;超快脉冲【作者】王小鹏;薛战理;曹锋【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN247引言自1965年Mocker等人首次通过红宝石锁模激光器产生ps脉冲以来，高速脉冲激光的产生技术获得了巨大发展。
第十一章 时间分辨光谱
时间幅度转换（TAC）:
开始 结束
光脉冲
Stop 和start控制也可以调换
（光脉冲stop; 荧光start）
荧光
Na2分子寿命测量
第9.4节 Pump-probe技术
对于<10-10s的物理过程，一般的探测器难以响应 需要pump-probe技术
延迟时间可调
不同延迟时间，探测不同 时间的N1粒子数分布
Deflection voltage:
电场扫描，成像系统y方向上的位置 取决于电子到达偏转电场时间
I (t ) I ( y)
光脉冲经过色谱仪后，在x方 向产生色散
y方向脉宽 x方向色散
成像系统不同x位置相应不同 波长脉冲分布
商用条纹相机Y 方向偏转速度： 1cm/100ps – 1cm/10ns
超短脉冲反展20年
七、高功率超短激光脉冲的产生 1，利用染料对脉冲光放大
YAG泵浦
G1, G2, G3, G4:放大染料池，（同时增大脉宽） SA1, SA2, SA3;饱和吸收材料防止反射光反馈和压制自发辐射放大 grating pair: 脉宽压窄
2，啁啾脉冲放大（1012W～1015W）
折射率
电场诱导非线性极化
1，光强处诱导折射率大，光更加汇聚
Kerr lens focusing 2，脉冲入射光时间脉冲上中间部分的
光较强，Kerr汇聚效果更加明显，对应
与空间分别的中间部分。 3，利用光阑将空间周围低光强部分虑 掉，相当于将时间脉冲上脉冲头和脉冲 尾虑掉脉宽压窄
3、光学脉冲压窄 （线性、非线性色散）
> 20ps： 光二极管 (PIN)直接探测 ps： 条纹相机
< ps：
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tg Φ = Ωτ
缺点
① ② 不能测试非e指数衰减规律 不能精确自发辐射寿命
B、脉冲激发技术
① ②
超短激光脉冲 单一超短激光脉冲
c、单光子延迟相关技术
D、快速离子束技术
E、拉曼光谱技术 ——振动态能级寿命
k E2 E1
L
A、条纹像机
Ｂ、二次谐波法
Ｃ、双光子荧光法
三、寿命的测定
① ② ③ ④ 相移法 脉冲激发法 单光子延迟相关技术 快速离子束法
⑤
拉曼光谱法
A、相移法
Ie = I 0 1 + asin Ωt
If = Ie * F(t)
= I 0 1+ acos Φ sin Ωt - Φ
第七章、时间分辨率光谱学
一．超短激光脉冲产生
二．微微秒超短脉冲时间宽度测量
三．寿命测量
-12秒=皮秒 微微秒=10
-15秒=飞秒 毫微微秒=10
一、超短激光脉冲产生
脉冲间隔：2L/c
脉冲强度：增加N倍
脉冲宽度：减小N倍
A、主动锁模
B、被动锁模
C、单一脉冲产生
二、微微秒超短脉宽测量
① ② ③Leabharlann 条纹像机 二次谐波法 双光子荧光法