泵浦——探测技术.ppt

迈克尔逊干涉仪型自相关仪 自相关法测出的飞秒脉冲的包络 ωτ=π 0 ωτ=2π 8 ωτ=∞ 1 课后思考题：能否用基频光做自相关测量测超快脉冲脉宽？也就是自相关测量中非线性晶体的作用？ 双光子荧光法，荧光强度与脉冲重合程度相关 9.4.3 寿命测量 它是时间分辨光谱的重要应用 通过寿命测量可获得跃迁几率、吸收截面、碰撞截面等物理量 测量方法有： (1) 频域测量法 (2) 相移法 (3) 单脉冲激发法 (4) 延迟符合技术 (5) 快离子束法 (6) 条纹相机 (7) 泵浦——探测技术 在均匀增宽体系中，光谱的时域和频域满足傅立叶变换关系，通过测量谱线宽度估计寿命 （1）频域测量法 适合于指数衰减过程的寿命估计 （2）相移法 受调制的入射光 接收到的荧光 荧光相对于入射光的相位移动满足： 用单脉冲激发样品，然后探测荧光衰减 （3）单脉冲激发 用重复率高的短脉冲激发，然后探测一段时间内荧光光子几率的时间分布 （4）延迟符合法 将时间转化为位置的测量方式 （5）快离子束法 使用最广泛的寿命探测技术 用超短脉冲激光激发，记录探测光强或荧光光强随延迟时间的变化 （6）泵浦——探测技术 泵浦-探测的实验装置 激光 720nm 分光器 反射镜 反射镜 样品 斩光器 非线性晶体 泵浦光360nm 时间延迟 检测器 挡光屏 积分仪 计算机 泵浦-探测的飞秒实验 Pump-Probe的应用之一：研究液体中的碰撞过程 Pump-Probe的应用之二：半导体中电子驰豫的测量 Pump-Probe的应用之三：实时观察分子和原子的振动 Pump-probe技术应用之四：飞秒化学 分子势能曲线 探测信号随时间的衰减 第9章 激光光谱技术 9.1 基本原理 9.2 提高光谱探测灵敏度的方法 9.3 高分辨亚多普勒光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术 9.4.1 超短激光脉冲的产生 9.4.2 超短激光脉冲的测量 9.4.3 寿命测量 概述 高速摄影：捕捉人眼看不到的动作瞬间 时间分辨光谱：研究物理或化学的瞬态过程的光谱技术 原子从激发态向下跃迁 如果我们定义一个以时间和波长为变量的光强函数I(t , λ )，那么固定 λ = λ0 ，I(t , λ0)是波长λ0 处发光的衰减曲线；而固定取样时间t= t0 ，I(t0 ，λ )则是时间分辨光谱。 时间单位 （1）电子绕核运动周期，阿秒 （2）能级跃迁时间，电子能级跃迁，约几十阿秒 飞秒光谱——诺贝尔奖 1999年，Ahmed H. Zewail 由于利用飞秒光谱在实验上研究了化学反应的转移过程而获得诺贝尔化学奖。 Marcos Dantus, Mark J. Rosker, and Ahmed H. Zewail, Real-time femtosecond probing of “transition states” in chemical reactions, Journal of Chemical Physics, 1987, 87(4): 2395. Ahmed H. Zewail, Laser femtochemistry, Science, 1988, 242: 1645-1653. 9.4.1 超短激光脉冲的产生 各种锁模技术 主动锁模 被动锁模 自锁模 同步泵浦 碰撞锁模 纵模：与谐振腔长度相关，描述激光波长 （1）多模激光输出特性 相邻纵模频率间隔 如果增益曲线足够宽，通常可包括多个纵模 输出振幅： 输出光强： 相位差不恒定： 相位差恒定： 锁模——使相邻纵模的相位差恒定 锁模后的脉冲宽度，腔越短，使用的模数越多，脉冲宽度越小 锁模后峰值功率提高了2N+1倍 锁模的一个例子 非锁模 锁模 一种周期性调制谐振腔参量的方法，在谐振腔内插入一个调制器，使调制器的调制频率精确地等于纵模间隔 （2）主动锁模 振幅调制，也称损耗调制 相位调制，也称频率调制 振幅调制 调制器产生的损耗(m<1)： 纵模q调制后的振幅： 产生两个新的频率，它们与原先纵模的相位差为0： 振幅调制（Cont.） 如果调制器调制频率 那么新产生的频率也为激光纵模，就可实现前述原理的锁模 相位调制 调制相位为： 纵模q调制后的振幅为： 相位调制（Cont.） (1) n<<1： (2) N较大时： 主动锁模注意事项 要严格控制端面反射，防止标准具效应减少模数，破坏锁模效果 调制器要放在腔内靠反射镜处，可得到最大的耦合效果，并且调制器在通光方向的尺寸应尽量小 调制器的频率应严格调谐到c/2L，否则会使激光器工作超过锁模区而破坏锁模 基于饱和吸收效应的一种锁模方式 在谐振腔内插入饱和吸收染料