飛秒瞬態吸收光譜系統是如何工作的？

閱讀：344 發布時間：2026-1-26

飛秒瞬態吸收光譜系統是基于飛秒激光技術的超快光譜檢測設備，核心用于捕捉物質在光激發后飛秒至微秒級的瞬態物種演化、電子態躍遷及光物理 / 光化學過程，是研究材料光響應、光催化、生物分子光反應等超快過程的核心儀器，其工作圍繞飛秒激光脈沖分束、樣品光激發、瞬態吸收信號探測、數據采集分析四大核心環節展開，整體為泵浦 - 探測（Pump-Probe）技術架構，具體工作原理如下：

飛秒激光源與脈沖分束：系統核心為飛秒鈦藍寶石激光器，輸出脈寬≤100fs、重復頻率 kHz 級的超短激光脈沖，經分束器分為兩束：一束為泵浦光（能量高、光強強），作為激發源用于將樣品從基態激發至激發態，產生瞬態激發物種；另一束為探測光（能量低、光強弱），作為探測源用于檢測激發后樣品的吸收光譜變化，兩束光保持嚴格的時間同步性。
樣品光激發與時間延遲調控：泵浦光經光學光路聚焦后照射到樣品池中的待測樣品（可為溶液、薄膜、晶體等），瞬間將樣品中部分分子 / 原子激發，形成激發態、自由載流子、激子等瞬態物種，使樣品處于非平衡態。系統通過光學延遲線精準調控泵浦光與探測光到達樣品的時間差，延遲范圍覆蓋飛秒到微秒級，實現對不同時間尺度瞬態過程的逐點探測。
瞬態吸收信號探測：探測光經單色儀分光后變為寬波段連續光（通常覆蓋紫外 - 可見 - 近紅外區域），以垂直于泵浦光的方向穿過樣品被激發的區域?；鶓B樣品對探測光的吸收為固定本底，而激發態樣品會因瞬態物種的生成，對特定波段探測光產生吸收增強或漂白（吸收減弱），同時可能伴隨受激發射信號，這些光譜變化即為瞬態吸收信號。探測光穿過樣品后，由高靈敏度陣列探測器（如 CCD、InGaAs 探測器）捕捉其光強變化，轉化為電信號。
信號采集與數據處理：探測器將采集到的光強信號傳輸至數據采集系統，系統同步采集 “有泵浦光” 和 “無泵浦光” 狀態下的探測光光譜，通過兩者的差值計算得到瞬態吸收光譜。結合光學延遲線的時間延遲量，系統在不同延遲時間下采集對應的瞬態吸收光譜，最終獲得時間分辨瞬態吸收光譜，即光譜隨時間演化的二維數據。
數據解析與過程分析：通過對時間分辨瞬態吸收光譜的解析，可從光譜峰位、峰強、半寬及隨時間的變化規律，確定瞬態物種的種類、濃度演化、壽命及相互轉化關系，進而推導樣品在光激發后的超快光物理過程（如載流子弛豫、激發態弛豫）或光化學反應（如中間體生成、化學鍵斷裂）。

整個系統依托超短激光脈沖、高精度時間延遲和高靈敏度探測，實現了對超快瞬態過程的 “時間分辨” 和 “光譜分辨” 雙重檢測，其核心優勢是時間分辨率可達飛秒級，能捕捉到分子運動、電子躍遷等微觀超快過程的細節。

飛秒瞬態吸收光譜系統是如何工作的？

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