泵浦探測瞬態(tài)吸收光譜儀

泵浦探測瞬態(tài)吸收光譜儀必要的關鍵部件有作為光源的飛秒脈沖激光器、提供時間延遲的延遲線、進行探測的光強探測器三個部分。

上世紀，超短脈沖激光器有了突破性進展，可以提供fs級別的超短脈沖作為超快過程研究中的光探針。脈沖激光具有MHz到kHz不等的重頻，即一個個脈沖存在ns到ms不等的時間間隔，遠大于fs級別的超快過程，所以泵浦-探測可以看作是在許多個脈沖周期中對樣品重復激發(fā)和探測的所得信號的疊加。

時間延遲的實現(xiàn)方式有異步光學采樣和電動平移臺。異步光學采樣不會用到機械部件，工作較為穩(wěn)定。主要采用兩臺工作在不同重復頻率的超快激光器使得泵浦光和探測光的光脈沖在時間上不*重疊，如同長度測量時的游標卡尺，如附圖(b)。電動平移臺是實現(xiàn)時間分辨為常見的一種方式，可見圖c。在電機的驅動下載有一對平面鏡的平移臺前后移動，根據(jù)光速進行換算則可以通過控制移動的空間距離調整探測光相對于泵浦光的光程差，進而對樣品進行不同時間的掃描。

信號的探測可以用各種光強探測器比如光譜儀、CCD、APD、PMT等。經(jīng)過前文的分析，時間延遲通過延遲線得到控制與調整，探測器的響應時間已經(jīng)無需做任何要求。

弱信號探測

在泵浦-探測技術中，被測樣品的信號一般都比較弱，而且，光路中的雜散光、光源與探測器的不穩(wěn)定都會產生背景噪聲。一般采用鎖相放大器對弱信號進行探測

利用鎖相放大器時，對泵浦光進行調制，并將調制頻率作為參考信號，光電探測器信號中只有與參考信號頻率相同的部分才會被鎖相探測、放大并輸出，達到提高信噪比的目的。調制可以用斬光器(Chopper)、聲光調制器(AOM)或電光調制器(EOM)。斬光器利用機械遮擋與通過的方式控制光的通斷，聲光、電光調制器通過電控可以達到更高的調制頻率(MHz級別)，獲得更高的信噪比。

2.3 時間分辨技術對比

超快時間分辨技術還有許多種，比如條紋相機、四波混頻(Four-Wave Mixing)、Z掃描(Z-scan)、光學克爾效應(Optical Kerr Effect)、雙光子熒光(Two-Photon Photoluminescence)等。相比其他探測技術，泵浦-探測技術由于可以根據(jù)具體需要研究的過程選取激發(fā)光探測信號類型，也可以選擇電、熱等其他方法進行泵浦和探測，具有很大改造空間和適用范圍。

應用范圍和作用

對于化學研究，艾哈邁德﹒澤維爾(Ahmed H. Zewail)通過泵浦-探測研究了ICN解離出I原子的動力學演化過程，首先從實驗中觀察到了基元反應過程，獲得了1999年諾貝爾化學獎，開創(chuàng)了飛秒化學這一研究領域。此外，由于泵浦-探測技術可以提供電子能級、載流子動力學等信息，在納米材料、半導體材料的鑒別、性質研究等領域起到作用。在生物學領域，1995年*在體外對染料標記的細胞進行激發(fā)[，提供了一種無需高速探測器的熒光壽命研究方法。