飞秒激光二维红外光谱
飞秒超快光谱技术及其互补使用
飞秒超快光谱技术及其互补使用乔自文;高炳荣;陈岐岱;王海宇;王雷【摘要】Ultrafast spectroscopy techniques are powerful tools for exploring the excited-state processes of ma-terials.In this paper, we introduced femtosecond time-resolved fluorescence technique and femtosecond pump-probe technique in detail , including the fundamental principles of systems , optical paths and data processing metheds, as well as the advantage and disadvantage in different implemental schemes .At last, in order to re-veal the complementary role , we provided an example in which the scientific problems were solved comprehen-sively and reliably by combinative usage of the two systems .%超快光谱技术是研究物质激发态过程的重要手段，本文对飞秒时间分辨荧光技术和飞秒泵浦探测技术这两个重要的超快光谱技术进行了详细介绍，阐述了系统的原理、光路及数据处理方法，给出了不同的实现方法并比较了其优缺点。
最后通过一个实例说明这两个技术的互补性，通过结合使用两个系统，能够对科学问题进行更全面可靠的研究。
【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】12页(P588-599)【关键词】超快光谱;荧光上转换;泵浦探测【作者】乔自文;高炳荣;陈岐岱;王海宇;王雷【作者单位】吉林省电子信息产品监督检验研究院，吉林长春130021;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点联合实验室，吉林长春130012;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点联合实验室，吉林长春130012;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点联合实验室，吉林长春130012;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点联合实验室，吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言分子原子中发生的大多数光物理过程都具有一定的时间尺度，比如原子核的运动，化学键的扭转等发生在飞秒到皮秒时间范围内，电荷分离和转移、能量传递等可发生在飞秒到纳秒时间尺度上，发光材料的荧光寿命一般在纳秒量级，生物中某些特殊的生理功能如捕光、储能等过程都发生在不同的时间尺度上。
乙二醇的分子间氢键结构动力学的飞秒非线性红外光谱
乙二醇的分子间氢键结构动力学的飞秒非线性红外光谱杨帆;于鹏云;赵娟;赵岩;王建平【摘要】In this work, we examined the structural and―OH stretching vibrational dynamics of ethylene glycol (EG) solvated in acetonitrile (MeCN), acetone (AC), tetrahydrofuran (THF), and dimethylsulfoxide (DMSO) using steady-state linear infrared (IR) spectroscopy and ultrafast pump-probe IR spectroscopy. The results suggested that the frequency position, bandwidth, and vibrational relaxation of the―OH stretching vibration that participate in the formation of intermolecular hydrogen bonds (IHBs) were strongly influenced by the type of solvent. At least two types of IHBs were detected in the EG solution including clustered solute-solute IHBs and solute-solvent IHBs. Quantum chemical calculations predicted a similar solve nt dependence of the―OH stretching vibrational frequency to that observed in the IR experiments. Furthermore, we found that the IHB-involved―OH stretching mode in the case of solute-solvent clusters displayed the slowest population relaxation dynamics in the case of EG in MeCN. The relaxation became slightly faster in AC and even faster in THF. The fastest dynamics was observed in the case of EG in DMSO. However, in each solvent environment examined, the IHB-involved―OH stretching mode in the solute-solute cluster displayed the fastest population relaxation. The results obtained in this study provide further insights into different IHB structural dynamics in co-existing solute-solute and solute-solvent clusters.%利用稳态线性红外光谱和飞秒泵浦-探测红外光谱技术，研究了在乙腈(MeCN)、丙酮(AC)、四氢呋喃(THF)和二甲基亚砜(DMSO)溶剂中乙二醇(EG)的结构和羟基(―OH)伸缩振动动力学。
飞秒激光 瞬态吸收光谱
飞秒激光瞬态吸收光谱
飞秒激光瞬态吸收光谱（femtosecond transient absorption spectroscopy）是一种用于研究材料电子态动力学的实验技术。
该技术基于飞秒激光脉冲与待测样品之间的相互作用，测量在不同时间尺度上材料的吸收光谱变化。
在飞秒激光瞬态吸收光谱实验中，通常使用一台激光系统产生飞秒脉冲，该脉冲能提供极短时间尺度上的高功率。
这些飞秒脉冲照射到待测样品上，激发样品内部的电子，使其跃迁到更高能级。
样品的吸收光谱会发生变化，吸收峰位移、增强或减弱等。
为了测量样品的吸收光谱变化，实验中通常采用“白光”探测技术。
这种技术中，用一个连续的宽光谱的激光束照射样品，并测量透射光的光谱。
通过分析透射光的光谱，可以得到材料在不同时间尺度上的吸收光谱变化信息。
飞秒激光瞬态吸收光谱技术广泛应用于材料科学、化学和生物物理学等领域。
它可以提供关于材料中电子态的信息，如载流子激发、动力学过程等。
这对于了解材料的光学和电子性质，以及开发新型光电器件具有重要的意义。
高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)
第48卷第1期红外与激光工程2019年1月Vo l.48No.1I nfrared and Laser Engineering J an.2019高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)孙敬华1,2,3，孙克雄2，林志芳2，孙继芬2，晋路2，徐永钊1(1.东莞理工学院电子工程与智能化学院，广东东莞523808；2.华中科技大学物理学院，湖北武汉430074；3.Institute of Photonics and Quantum Sciences,Heriot-Watt University,Edinburgh EH144AS,UK)摘要：飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色，成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。
文中基于250MHz重复频率(f r ep)的掺镱(Yb)光纤激光器，研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率(f C EO)噪声的影响。
通过对飞秒光梳细节的优化，得到了49dB信噪比的f C EO拍频信号并获得了秒稳3.2×10-10的锁定结果，同时f r ep的锁定结果也达到了到了秒稳3.4×10-13的精度。
此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。
以携带-3.8×104fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光，在60W976nm半导体激光泵浦下，获得了250MHz重复频率、23W平均功率和66fs压缩后脉冲宽度的激光输出。
关键词：光学频率梳；光子晶体光纤放大器；超连续产生；频率锁定中图分类号：TN24文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA201948.0103001High power high repetition rate femtosecond Ytterbium-dopedfiber laser frequency comb(invited)Su n Jinghua1,2,3,Sun Kexiong2,Lin Zhifang2,Sun Jifen2,Jin Lu2,Xu Yongzhao1(1.School of Electronic Engineering and Intelligentization,Dongguan University of Technology,Dongguan523808,China;2.School of Physics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;3.Institute of Photonics and Quantum Sciences,Heriot-Watt University,Edinburgh EH144AS,UK)Ab stract:Femtosecond optical frequency combs have introduced revolutionary promotions to precision optical spectroscopy and metrology,and have been hot topics of laser technologies and applications for two decades.In this article,the affects of intracavity dispersion and mode-locking mechanism on carrier-envelope phase slip frequency(f C EO)of femtosecond laser pulse trains were researched based on a femtosecond Ytterbium-doped fiber laser with250MHz repetition rate.By optimizing the intracavity dispersion,pumping power,and detection methods,49dB signal-noise-ratio f C EO be at signal was obtained which then was stabilized it to a stability of3.2×10-10i n1second,and a stability of 3.4×10-13(1s) of f r ep wa s also achieved.In addition,the effects of pulse chirping on the output pulse duration of a fiber amplifier was researched based on a piece of large-mode-area photonic crystal Yb doped fiber.Under收稿日期：2018-08-15；修订日期：2018-09-16基金项目：国家自然科学基金(11274133)作者简介：孙敬华(1974-)，男，教授，主要从事飞秒激光、超快非线性频率变换和飞秒光学频率梳方面的研究。
傅里叶红外光谱范围
傅里叶红外光谱范围傅里叶红外光谱是一种常用的分析技术，它可用于确定有机和无机化合物的结构和组成。
傅里叶红外光谱对样品的分析具有快速、准确、高灵敏度和定量分析的优点，因此被广泛应用于各个领域的研究和实践中。
1. 反射区域（4000-1300 cm-1）傅里叶红外光谱的反射区域是最高频的区域，它包括波数4000到1300 cm-1，这个区域的光谱特征在表征有机化合物中的卤代烃、醇、羧酸、酮、酯等功能基团时非常有用。
在这个区域内的光谱是基于分子内振动所形成的。
2. 弯曲振动区域（1300-900 cm-1）傅里叶红外光谱的弯曲振动区域包括波数1300到900 cm-1, 这个频率区间的光谱可以表征有机分子中的C-H、N-H和O-H等单键弯曲振动，同时也包括C-C和C-O单键弯曲振动在内。
4. 检测区域（600-400 cm-1）傅里叶红外光谱的检测区域包括波数600到400 cm-1，这个频率区间的光谱可以用来确定各种化合物中的C-C和C-O双键，C=C、C=C、CN和CO的各种振动模。
此外，这个区域的光谱也可以用来检测分子间或分子内的氢键和弱相互作用力。
综上所述，傅里叶红外光谱的范围非常广泛，可以检测从简单的有机分子到大分子结构，从相同元素不同同位素的分子到高分子材料。
傅里叶红外光谱因其非常强的信息获取能力被广泛应用于化学、材料和生物学等各种领域的实践和研究中。
除了上述基本的范围，傅里叶红外光谱还有其他实用的应用。
例如，在医学和生物学领域，傅里叶红外光谱被用于检测疾病、蛋白质结构和组织细胞变化等。
在环境科学中，傅里叶红外光谱可以用于污染物检测和环境分析。
在食品和化妆品工业中，傅里叶红外光谱可以帮助检测成分、质量和纯度。
傅里叶红外光谱对于化学合成和药品研究也非常有用。
它可以帮助分析药物配方，检测合成产物中未反应完全的物质，鉴定产品中的杂质和评估活性化合物含量的质量。
而在聚合物化学方面，傅里叶红外光谱可以确定聚合物中的基元，分析不同聚合物的结构和特性等。
二维红外光谱
二维红外光谱
二维红外光谱（2D IR spectroscopy）是一种用于分析化学体系中分子间相互作用的新型光谱技术。
它为研究特定分子组成的分子组合体（例如蛋白质）提供了全新的思路，能够更快、更准确地显示出蛋白质内部的结构特征和功能信息。
二维红外光谱是一种在光谱分析中应用非常广泛的技术，可以用来对大分子的结构进行精确分析。
它通过测量分子频率和强度之间的关系，来揭示大分子结构的信息，从而帮助科学家们更好地理解大分子的内部结构。
二维红外光谱所涉及到的原理主要是红外振动，它是由分子中的键和受力点的振动所引起的。
当分子被一个外部的电磁场所作用时，它将会产生一种称为“红外振动”的效应，即分子中的原子根据电磁场的作用，在各自的方向上产生振动。
该振动有一个固定的频率，而这个频率是由分子结构所决定的，因此，通过测量红外振动的频率，就可以获得分子结构的信息。
二维红外光谱也可以称为“时域分辨红外光谱”，它可以用来实现对大分子结构的连续测量，其基本原理是：利用一个相关的激光场，在两个不同的时间点上测量红外振动的强度，从而实现对大分子的连续测量。
二维红外光谱的应用非常广泛，它可以用来研究大分子的结构特征，以及分子之间的相互作用，还可以用来研究蛋白质的结构，从而有助于更好地了解蛋白质内部的结构特征和功能信息。
此外，这种技术还可以用来研究其它大分子的结构，例如核酸分子，以及大分子复合体，这有助于更好地理解这些分子的结构和功能，从而有助于研究许多生物体系。
总之，二维红外光谱是一种研究大分子结构和功能的重要工具，可以用来实现对大分子的精确测量，从而有助于更好地理解蛋白质和其他大分子的结构和功能。
飞秒激光器参数
飞秒激光器参数1.引言1.1 概述飞秒激光器作为一种重要的激光器类型，在现代科学和技术领域中具有广泛的应用。
它采用超短脉冲激光技术，使得光脉冲的时间宽度可以达到飞秒级别，即每个脉冲只持续一秒的百万分之一。
这种超短脉冲的特性使得飞秒激光器在材料加工、光谱分析、生物医学、物理研究等领域具有独特的优势和应用前景。
与传统的连续激光器相比，飞秒激光器具有独特的特点和优点。
首先，由于飞秒激光器的光脉冲时间极短，其光子能量集中在极短的时间内释放，因此可以实现高能量密度的激光加工。
另外，由于光脉冲的时间尺度非常短，飞秒激光器可以实现高精度的微加工，例如制造微小器件、纳米结构等。
此外，飞秒激光器具有较高的单脉冲能量和较高的峰值功率，这使得它在光谱分析、生物医学成像和光学光谱等领域中具有广泛的应用。
例如，在光谱分析领域，飞秒激光器可以提供高分辨率的光谱信息，帮助科学家更好地理解物质的光学特性。
此外，飞秒激光器还具有可调谐性和较宽的谱带宽，这使得它在科学研究和实验室应用中非常受欢迎。
通过调整激光器的工作参数，可以实现不同波长的激光输出，进而满足不同实验需求。
综上所述，飞秒激光器作为一种重要的激光器类型，具有独特的优势和广泛的应用前景。
本文将重点介绍飞秒激光器的工作原理和主要参数，并探讨这些参数对应用的影响。
通过深入了解飞秒激光器的特点和优势，相信读者能够更好地了解和应用这一先进的激光技术。
文章结构介绍：本文主要讨论飞秒激光器的参数。
文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 飞秒激光器的工作原理2.2 飞秒激光器的主要参数3. 结论3.1 飞秒激光器参数对应用的影响3.2 未来发展趋势在引言部分之后，正文部分将首先介绍飞秒激光器的工作原理，包括其产生飞秒脉冲的机制和基本原理。
然后，将重点关注飞秒激光器的主要参数，包括脉冲能量、脉冲宽度、重复频率等。
在结论部分，将探讨飞秒激光器参数对其应用的影响，包括在材料加工、医学、通信等领域的不同应用情况。
太赫兹时域光谱图像的模拟分析
为了验证本文 THz-TDS 图像模拟方法的有效性，使用 文献[1] 中给出的由公式(12)、 (13)、 (14)表示的三种 THz-TDS 图像可视化方法进行验证。
s1 ( x, y ) =
(4)
Max {sref ( x, y, t )} − Max {ssample ( x, y, t )}
，w =1, 2,…, T
(3)
H(w)一般也称为样品在空间位置(x, y)处的吸收谱。 其它如色 图 2 透射型 THz 成像原理示意图 下面对图 2 成像过程作简单介绍： 由飞秒激光器发射的超短激光脉冲经过分光镜分为泵 浦光和探测光。泵浦光激发 THz 波发射器产生 THz 辐射， 经过聚焦后照射并透过样品上的某一点， 然后到达 THz 接收 器（一般为电光晶体） ，而探测光在通过光学延迟到达 THz 接收器的瞬间，记录检测到的 THz 光脉冲的电场强度。通过 控制并改变时延系统的时间参数，也就改变了探测光到达 THz 接收器的时间。当探测光到达时间变化时，就检测到了 随时间变化的 THz 脉冲电场强度。 为了便于对样品的 THz 特性进行分析，一般在对样品成 像的同时，还需记录在不放置样品时的 THz 脉冲，该脉冲信 号称为参考脉冲。 (a) (b) 散谱、折射率谱也可用类似方法计算得到。 图 3 给出了一个具体的 THz 参考脉冲，以及某物质的 THz 采样脉冲、频谱和吸收谱的图示。
该图像的数据量为 M×N×T×L 比特。THz-TDS 图像可以被 表示如下：
sTHz −TDS = f ( x, y, t )
素点 s(t)是一个由 T 维矢量表示的数字脉冲信号：
(1)
其中，0 ≤ x ≤ M, 0 ≤ y ≤ N, 0 ≤ t ≤ T。而空间位置(x, y)处的像
基于深度学习的太赫兹时域光谱识别研究
Vol. 41,No. 1,pp94-99January , 2021第41卷，第1期01年1月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysis 基于深度学习的太赫兹时域光谱识别研究胡其枫！蔡健博微太赫兹信息科技有限公司,安徽合肥230088摘 要 太赫兹时域光谱技术，由于其具有物质4旨纹谱5寺性，是一种可以快速无损地鉴别物质的重要手段，在毒品和爆炸物的无损检测等方面有广阔的应用前景$其中，光谱识别是太赫兹时域光谱技术应用研究的重要方向之一$现有的光谱识别方法多是依靠手工选取特征后进行机器学习分类，或是通过设置吸收峰阈值门限进行判断$由于一些物质在太赫兹波段内并没有明显的吸收峰特征，同时样品浓度、空气湿度、各类噪声等会对太赫兹时域光谱造成干扰从而使信噪比下降，这些方法并不能很好地适应，并且物质类别和数量的增加也会导致计算量不断增加$近年来，随着深度学习技术兴起，以卷积神经网络(CNN)和循环神经 网络(RNN)为代表的方法在计算机视觉和自然语言处理等领域得到广泛应用，相比于传统的机器学习方法其效果有了很大的提升$由于深度学习技术强大的非线性分类能力，基于RNN 和CNN 设计了两个网络用 于光谱识别：基于RNN 的一维谱线分类网络和基于CNN 的二维谱图分类网络$模拟实际应用场景，在非真空环境下采集了 1?种物质的两万多个光谱数据作为训练集和测试集$在分析了样品浓度、空气湿度对光谱特征的影响后,使用S-G(Savitzky-Golay )滤波对光谱进行降噪$实验结果表明,对比未处理和经过S-G 预 处理的数据，处理后的光谱特征更加明显，识别准确率更高&与传统的机器学习算法k 最近邻(k-NN)方法相比，RNN 和CNN 方法在测试集上有更好的准确率，且算法速度更快&对于光谱识别，CNN 方法比RNN 方法能够更好地克服噪声的影响$因此，深度学习技术可以对太赫兹时域光谱进行快速有效的识别，能够为新型无损安全检查技术提供理论和实验基础$关键词 太赫兹时域光谱&光谱识别；卷积神经网络&循环神经网络&预处理中图分类号：TP391. 4 文献标识码：ADOI ： 10. 3964issn. 1000-0593(?0?1)01-0094-06引言太赫兹波介于远红外和微波之间，频率在0.1〜10THz $在太赫兹光学技术中，太赫兹时域光谱time-domain spectroscopy , THz-TDS )技术是目前使用最广泛的技术之一$ THz-TDS 技术是一种相干探测技术，不同的 物质分子被一定频宽的太赫兹波透射过后，会吸收不同频率的太赫兹光波能量，从而产生特征吸收峰，对应的光谱又被 称为“太赫兹指纹光谱5通过对物质4旨纹谱”的识别可以实现对毒品和爆炸物等生化危险品进行非接触式无损检测，因 此THz-TDS 技术受到了警方、海关、安保反恐等部门的高 度重视(1)$总结近年来国内外关于太赫兹时域光谱识别方法的研 究，主要集中在一些光谱分析法和机器学习方法相结合的技术$马帅等提出一种采用两层受限玻尔兹曼机(restrictedBoltzmann machine , REM)构建深层信念网络模型自动提取太赫兹光谱特征,使用k 最近邻(k-nearest neighbor, k-NN)分类器对不同物质进行识别$ Yin 等⑸提出一种利用遗传算法和偏最小二乘判别分析相结合的方法来鉴别食用油$Mumtaz 等虻通过主成分分析(principal component analysis ,PCA)区分了对太赫兹辐射是透明的聚合物$这些方法往往需要经验丰富的工程师手工设计特征提取器，对于变化的自然数据具有局限性$深度学习方法目前已 经成功运用在图像分类、语音识别等领域，不需要人工设计特征提取器，通过一些非线性的结构把原始数据转变成更加抽象的表达，自动提取特征，特别适合自然数据，并且算法性能会随着数据的丰富而提升$太赫兹时域光谱的识别，本质上是一个非线性分类问题，深度学习方法由激活函数引入非线性，更加适合非线性分类问题$作为深度学习的代表方 法,卷积神经网络(convolutional neural network , CNN)在太赫兹时域光谱识别上应用的相关文献资料很少，循环神经网络收稿日期：2019-11-15,修订日期：2020-03-1?基金项目：安徽省重点研究和开发计划项目(01904e010?0005)资助作者简介：胡其枫，1991年生，博微太赫兹信息科技有限公司算法工程师e-mail : **********************第1期光谱学与光谱分析95（recurrent neural network,RNN#的应用暂无相关文献报道。
功能近红外光谱在大脑成像中的研究及应用
功能近红外光谱在大脑成像中的研究及应用陈兴稣;王雪峰;王元庆【摘要】近红外光谱的650～1000 nm是大脑成像的“光学窗口”，功能近红外光谱技术对大脑成像具有非侵入、无需注射造影剂、成本低和方便等优点，被应用于脑成像。
概述了近红外光谱在大脑成像中的原理、方法及发展，总结分析了功能近红外光谱技术对大脑探测在提高系统分辨率方法的3个主要阶段，提出了存在的问题和发展前景。
%Near infrared spectrum of 650-1000nm is the optical window of brain imaging. Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) for brain imaging has advantages of non-invasive, no injection of contrast agent, low cost and convenience, so it has been applied to brain imaging. The paper overviews the principle, method and development of near infrared spectral imaging in the brain, analyzes and summarizes the three main stage methods of fNIRS. The three stages have improved the system resolution in the brain imaging. The existing problems and development prospects are also presented.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2016(038)005【总页数】7页(P433-439)【关键词】功能近红外光谱;大脑成像;多通道探测;高密度探测【作者】陈兴稣;王雪峰;王元庆【作者单位】伊犁师范学院电子与信息工程学院，新疆伊宁 835000;伊犁师范学院电子与信息工程学院，新疆伊宁 835000; 南京大学电子科学与工程学院，江苏南京 210046;南京大学电子科学与工程学院，江苏南京 210046【正文语种】中文【中图分类】TN219近红外光谱（near infrared spectroscopy, NIRS）是介于可见光和中红外光之间的电磁辐射波，波长范围大概在650～1000nm。
鲍捷：清华帅哥博导研发量子点光谱仪
鲍捷：清华帅哥博导研发量子点光谱仪展开全文最近几年来，光谱仪的小型化已经成为业界关注的焦点。
在人们日常生活所用的手机中，大部分都有一个摄像头，这个摄像头实际上就是传统数码照相机的小型化。
作为一个成像设备，手机摄像头无法读出被拍摄物体的光谱信息（没有定量的波长数据，不利于检测特定分子或者原子，也无法评估特定波长的光对人体的影响）。
随着人们生活水平的提高，在实际的高质量生活中，人们对一些物体的光谱信息已经有了很高的需求：比如，人们需要测试一下新买电脑显示器的蓝光辐射剂量有没有超标；人们也需要测量一下卫生巾里的荧光剂有没有超标；人们在买水果的时候也想知道面前的两个西瓜哪个更甜一些。
要满足这些现实生活的需求，我们需要一台小型的廉价的光谱仪。
在光谱仪器业界，人们最渴望的是把光谱仪也集成在手机的摄像头里。
这种渴望是可以被实现的吗？为了回答这个问题，蝌蚪君独家专访了清华大学电子工程系博士生导师、量子点光谱仪的开拓者鲍捷。
谁是鲍捷？鲍捷告诉蝌蚪君，他1983年出生在山西太原，后来在山西省实验中学读高中（该学校是晚清名臣张之洞创办的，是一所历史名校）。
2002年，鲍捷考入清华大学化学系，主要是跟随李亚栋教授（主要从事无机纳米材料合成化学研究，后来2011年被评为院士）做研究。
读本科期间，鲍捷特别活跃，不但担任班长，还在学生会工作，同时他还在清华大学军乐队吹长号，也参加一些全国性的大学生艺术比赛。
蝌蚪君：“你参加那么多活动会影响你的学业吗？”鲍捷：“不会啊，这就好像锻炼身体一样，运动锻炼回来脑子会更清晰，学习与工作效率也会更高。
”本科毕业以后，在李亚栋教授的建议下，鲍捷来到美国布朗大学留学，一开始他还是继续本科期间的磁性纳米材料的研究方向，后来他改行从事功率在毫瓦级别的飞秒激光对一些有机分子的作用研究，所谓飞秒激光，一般来说是时间尺度上为10的-15次方秒的激光脉冲。
也正因此这次研究方向的改变，使得鲍捷不但有了纳米材料的知识，而且也有了光谱学的知识，这为他后来提出“量子点光谱仪”技术思想奠定了一定的现实基础。
飞秒激光器
飞秒激光是过去20年间由激光科学发展起来的最强有力的新工具之一。
飞秒脉冲时域宽度是如此的短，目前已经达到了4fs以内。
1飞秒（fs）,即10-15s ,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已；飞秒脉冲又是如此之强，采用多级啁啾脉冲放大（CPA）技术获得的最大脉冲峰值功率可达到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量级，其聚焦强度比将太阳辐射到地球上的全部光聚焦成针尖般大小后的能量密度还要高。
飞秒激光完全是人类创造的奇迹。
近二十年来，从染料激光器到克尔透镜锁模的钛宝石飞秒激光器，以及后来的二极管泵浦的全固态飞秒激光器和飞秒光纤激光器，虽然说脉冲宽度和能量的记录在不断刷新，但最大进展莫过于获得超飞秒脉冲变得轻而易举了。
桑迪亚国家实验室的R.Trebino说:“过去1 0年中,（超快）技术已有显著改善, 钛蓝宝石激光器和现在的光纤激光器正在使这种(飞秒) 激光器的运转变得简洁和稳定。
这种激光器现在人们已可买到, 而10年前, 你却必须自己建立。
”比如，著名的飞秒激光系统生产商美国Clark-MXR公司将产生高功率飞秒脉冲的所有部件全部集成到一个箱子里，采用掺铒光纤飞秒激光器作为种子源，加上无需调整（NO Tweak）的特殊设计，形成了世界上独一无二，超稳定、超紧凑的CPA2000系列钛宝石啁啾脉冲放大系统。
这种商品化的系统不需要飞秒专家来操作，完全可以广泛应用于科研和工业上的许多领域里。
根据飞秒激光超短和超强的特点，大体上可以将应用研究领域分成超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。
它们都是随着激光脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加而不断的得以深入和发展。
飞秒脉冲激光的最直接应用是人们利用它作为光源, 形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术。
它的发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域, 并开创了一些全新的研究领域, 如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。
二维红外光谱
导读 二维红外光谱是目前超快时间分辨光谱中的一个重要前沿领域.二维红外光谱的特点是,在概念上深受二维核磁共振谱的启发,由于二维核磁技术在解析复杂分子结构方面所取得的极大成功,势必激起人们对二维红外光谱在解析结构方面的期望.而这种期望必然是推动二维红外光谱发展的持续动力.在原理和技术上,二维红外光谱是不折不扣的超快时间分辨非线性光学,将频域测量变为时域扫描的相干测量,最后通过二维傅里叶变换获取二维红外频域光谱信息.二维红外光谱不仅能够给出分子的振动光谱,更重要的是能够给出各种振动模式间的耦合及布居数的弛豫.对振动耦合常数的测量,可望解析出分子的空间结构.与核磁共振技术相比,核磁共振信号的耦合是空间局域的,由此可通过对分子局域结构的解析而获得大分子的空间结构信息.然而分子振动模式间的耦合是离域的,分子越大,耦合程度越复杂,导致二维红外光谱相对于二维核磁共振谱在解析分子结构方面的先天不足.尽管如此,前者的时间分辨率达飞秒量级,后者仅为纳秒量级.可以预测,如果能够在二维红外光谱的应用中充分做到扬长避短,定能在超快动力学研究中发挥巨大的潜力.新的技术昭示着新的希望,除时间分辨X射线衍射结构解析技术外,国际上将二维红外光谱和超快时间分辨电子衍射技术作为重要的超快时间分辨结构解析手段在努力发展,研究人员也在各自的阵线向学术顶峰发起冲击,就看谁能够率先突破,力拔头筹.由于该领域技术上的难度及人才的匮乏,国内只有个别研究小组开始这一领域的研究.为了使国内同行能够快速、准确地领会二维红外光谱的精髓及关键技术,郑俊荣教授接受本刊邀请,结合自己的研究成果,深入浅出地介绍了二维红外光谱的原理、方法、应用实例及该方法的局限性.由于缺乏感性认识,外语技术词汇往往是阻碍非母语读者快速进入新领域的绊脚石,作为本文的读者和受益者,我对郑俊荣教授的热忱之心深表敬意,同时也希望更多的海外学者加入到这一行列中来.(中国科学院物理研究所 翁羽翔)二维红外光谱郑俊荣(莱斯大学化学系 休斯敦 得克萨斯 美国 77005)摘 要 文章对二维红外光谱的历史、实验设备、方法原理、具体应用进行了简要的介绍,并对它的前景进行了展望.二维红外光谱是一种通过多束超快(10-15s(1fs)—10-12s(1ps)、中红外(400—4000cm-1)激光对分子的化学键的振动模式进行顺序激发,从而获得关于分子动态及静态结构信息的方法.它的原理非常类似于二维核磁共振,但要快上大约6个数量级.现在它已经开始被应用于研究平衡态下快速的分子变化,分子间相互作用(如氢键,偶极-偶极相互作用等)在常温液体里的动态变化,水氢键网络的演变过程,小分子、多肽和蛋白的静态或瞬间结构变化.关键词 二维红外光谱,超快,动态变化,氢键,静态和瞬态结构2D IR spectroscopyZHEN GJ un2Rong(Chemistry Department,Rice University Houston,T X,US A77005)Abstract The paper briefly introduces the history,principles,experimental setups,applications,and perspec2 tives of two dimensional infrared spectroscopy(2D IR).The2D IR technique obtains both static and dynamic mo2 lecular information through exciting molecular vibrations with ultrafast Mid2IR lasers.It is an IR analogue of two dimensional NMR,but six orders of magnitude faster.It has been widely applied to studies of molecular interac2 tions,hydrogen bond dynamics,fast chemical exchanges,static and transient structures of peptides and proteins.More applications would be expected in the near future.K eyw ords 2D IR spectroscopy,ultrafast,dynamics,hydrogen bond,static and transient structure 2009-02-04收到 Email:jz8@1 引言1.1 什么是二维红外光谱?二维红外光谱有两个定义:一个是Isao Noda在1989年提出的对一系列相关的一维红外光谱图(普通的红外光谱图)进行分析,并希望从分析中得到分子内或分子间化学键振动模式之间的相互关系的数学方法[1];另外一个是本文要讨论的,就是用直接的实验手段来探测化学键振动模式之间的相互关系[2—17].在现代的大多数化学实验室里,核磁共振和红外光谱大概是最常用的分子结构分析手段.核磁共振是通过检测原子核自旋的频率来获得分子结构信息,而红外光谱是通过化学键的振动频率来确定分子结构.这两者的一维谱图的x轴一般是频率,y轴是信号强度.核磁共振还有二维的谱图,即x轴和y轴都是频率,z轴是强度[18].这二维(x,y)的频率直接提供了关于原子核与原子核之间的相互关系,并提供了很多一维的方法得不到的结构与动态的信息,从而为解析复杂分子结构(如蛋白质)打下了坚实的技术基础.同样道理,红外光谱也应该有类似的二维技术来阐明振动模式与振动模式之间的关系.这样的一种技术就是二维红外光谱.一维红外光谱比一维核磁共振要早发展几十年,但是二维红外却比二维核磁共振晚了二三十年.主要原因是二维红外所需要的超快光源比二维核磁共振的射频源要晚发展.二维红外的前身———两色红外泵浦实验在20世纪90年代就已经发展了[19—22].真正意义上的第一次二维红外实验是在2000年发表的[5].这个最早出现的二维红外实验提供的是频率分辨率很差的绝对值谱图.而能提供真正吸收谱图的二维红外技术是在3年后出现的[6].此后,二维红外技术开始广泛用于研究化学问题[3,4,13,23].下面我用一个简单的例子来帮助定性地理解何为二维红外光谱.自然界里大多数分子都是多原子分子,也就是说,大多数分子有多于两个的振动模式(简振模式数=3n-6或3n-5(线性分子),n为原子数).事实上,红外谱图里的峰通常比这个式子给出的还多,因为分子振动不但能在基态与第一激发态之间跃迁,还能在第一到第二激发态之间,或者跨越不只一个能级跃迁.还有费米共振(偶然简并)也会产生更多的峰出来[24,25].).如果我们把每一个振动模式看成一根弹簧,那么,一个分子就是一串联在一起的不同大小的弹簧.如果我们想知道一个分子的结构,也就是说,如果我们想知道这些弹簧的大小以及它们是如何被串起来的,从原理上讲,我们只需知道这些弹簧(或振动模式)的振动频率就可以了,因为v=12πkm,(1) v是频率,k是力学常数,m是折合质量,而力学常数和折合质量是跟弹簧(或化学键)的大小和相对位置紧密相关.这就是一维红外光谱检测分子结构的原理.然而,振动频率跟结构(特别是化学键间的相对位置)之间的关系并不是很直截了当.这就造成了在事实上很难单凭一张一维红外谱图就能推出整个分子的结构.新的技术,尤其是那些能直接提供关于化学键之间(或振动模式之间)相互作用的信息的方法,显得很有必要.二维红外光谱就是这样的一种技术.那么,二维红外光谱是怎么样提供这些信息的呢?1.2 二维红外光谱有什么用?1.2.1 解析分子结构,基于分子振动模式间的耦合和能量传递让我们回到那个弹簧模型去回答这个问题.想象一下,如果我们拉伸一串弹簧中的一根,然后松手,这根弹簧就将开始以一定的频率振动.接着,其他的一些弹簧也将开始以它们固有的频率振动起来,这是因为那根被拉伸的弹簧将它的振动能量传给了其他的弹簧.在整个过程中,我们会观测到两类振动频率:一类是那根被拉伸的弹簧的初始振动频率(ωτ,一个);另外一类是能量传递后的其他弹簧振动的频率(ωm,多个).如果我们把实验观测结果画成图:初始振动频率(ωτ)为x轴,最后测得的振动频率(ωm)为y轴,每个振动的振幅为z轴,那么我们就会得到一张典型的二维红外光谱图(当我们把一根弹簧看作是一个分子振动模式的时候).如果我们把每一根弹簧都拉伸一下,然后分别测量拉伸后的振动频率分布,那么我们就会得到一张完全的二维谱图.其中x轴上的频率分布跟一维红外测得的频率是一模一样的,因为一维红外只测初始振动频率.如果我们再测一下随着能量传递时间而变化的频率分布,那么我们就能得知振动能量是如何在这一串弹簧中传递的.以上所描述的过程在分子的世界里也同样发生,只不过对于分子,我们不用手,而是用红外光去“拉伸”使它振动起来.如上所述,二维红外光谱除了能提供一般一维红外能提供的分子振动频率的信息以外,还能提供关于分子振动能量是如何在分子内传递的信息.这样,我们多了另外一种信息(跟一维红外相比)去解析分子的结构.在这里,有一个问题必须回答.众所周知,核磁共振能解析的分子结构精细度比红外高多了.为什么我们还需要发展红外光谱?有两个主要原因:第一,比较笼统地说,它们的适应对象,操作难易程度,成本高低不太一样;第二,两者的时间分辨率不一样.根据测不准原理,能量分辨率高的,时间分辨率就小.红外光谱所用的能量是在红外范围,而核磁共振用的是射频.射频的能量比红外小了大约6个数量级.也就是说,核磁共振能确定的能量精度要比红外光谱高出6个数量级.因此,在时间方面,红外光谱应该比核磁共振快6个数量级.现在核磁共振所用的脉冲宽度大约是几个微秒,而红外的脉冲能达到几十个飞秒.在自然界里,尤其是在生物体系里,相当多的分子有不只一个构像,这些构像在不停地交换着,从而完成一些重要的生理过程.很多交换的时间要远远快于一个微秒,如乙烷碳-碳单键的旋转.对于这些快速交换的构像,核磁共振所测得的是一个平均值(由其时间分辨率限制).而红外光谱,尤其是二维技术,却具备了能够直接把这些构像区分开来的能力.当然,如果用线性分析方法加上一些假设,核磁共振也能在一定误差范围内间接地解出快速交换的构像[26].1.2.2 测量快速分子动态变化,基于振动频率的变化以上所介绍的是二维红外测量分子结构的原理.这个技术还有至少两个其他方面的应用.一个是用于测快速分子动态变化,另一个是用于测分子间相互作用.下面分别简单介绍原理.这里还是用弹簧模型来说明问题.如果我们把一根弹簧泡在油里,然后拉伸让它振动,并现时观测记录振动频率.当弹簧仍在振动时,我们迅速把油吹干.这时候振动频率将发生改变(可能是变快了).在这个事件中,如果我们想知道什么时候油被吹干,我们只需要知道什么时候振动频率发生了改变.同样道理适用于分子体系.当分子的环境(如溶剂分子的运动)或者结构发生变化,它的某些振动频率将随着改变.观测这些振动频率的改变就能得到分子动态变化的信息.二维红外能直接测得初始频率及随反应时间而变化的最终频率.这里有一个假设:环境变化所诱导的频率的变化的过程要远远快于环境变化本身.这个假设在事实上是成立的.一般情况下,分子反应要慢于1p s,而振动频率的变化过程要快于100f s[27,28].1.2.3 分子间相互作用,基于分子间振动能量传递当两根弹簧连在一起时,振动能量能在这两者之间传递.当它们不连在一起但靠得很近时,振动能量也能在两者之间互相流动.分子振动也一样,分子间能量的传递与分子间的距离、相对取向和作用力有直接关系.二维红外能够直接测得分子间振动能量传递,从而得到有关分子间相互作用的信息.下面将从原理和设备上介绍如何在实验上实现二维红外的测量,然后用实例介绍它在以上三个方面的应用.2 原理像一维红外一样,二维红外也是测量随频率而变的光的强度.一维红外测量的是一维频率上的光强I(ωτ),它对光源没有时间分辨的要求,因此,它可以用黑体辐射产生的连续光做光源.二维红外测量的是在二维频率上随反应时间而变化的信号强度I(ωτ,ωm,T w).这里要求时间分辨率要快于反应时间.另外,如上所述,二维红外所提供的信息全部来自于振动的激发.如果振动的激发衰减到零,信号也就消失了.这就决定了二维红外所能测得的动态变化过程(如反应、能量传递)的时间域必须与振动的寿命相当.在室温凝聚态物质中,绝大多数的化学键的振动寿命只有几个皮秒,最长的也很少有超过1ns.因此,实验上所用的光源必须是脉冲的,而且必须比振动的寿命还要短.另外,我们需要知道两维频率(激发/吸收ωτ和检测/发射ωm)的信息.这是无法通过一般线性光学(如吸收谱)的技术来得知的.通常三阶的非线性光学技术,如光子回声(p hoton echo)和泵/浦(p ump/p robe),可以提供二维频率的信息[8,29].根据扰动理论(pert urbation t heory),三阶的非线型光学信号可以简单写成以下方程式[30—32]:S(τ,T w,t3)∝A×B(τ.T w,t3)×e±iωττ×e±iωm t3,(2)A和B是与频率无关的参数,ωτ是激发频率,τ是激发后的相干时间(coherence time),ωm是发射频率, t3是发射相干时间,T w是反应时间(pop ulation time).相位的正负号(±)由相位匹配(p hase match,入射光束的矢量和)决定.对时间域上的数据S(τ,T w,t3)做傅里叶变换:S(ωτ,ωm,T w)=∫∞dτ∫∞d t3exp( iωm t3 iωττ)×S(τ,T w,t3),(3)我们便得到二维频率的信息.那么,我们是如何得到亚皮秒的红外激光光源,如何得到时间域上的数据,如何对数据进行傅里叶分析的呢?3 实验3.1 光源现阶段世界上大部分实验室所用的亚皮秒的红外激光光源都是以掺钛蓝宝石(Ti/sapp hire)激光为基础而组装起来的.基本装置如图1所示.它包括三大部分:(1)振荡器(Ti/sapp hire oscillator)及其泵光源(连续光,532nm);(2)再生放大器(Ti/sap2 p hire regenerative amplifier)及其泵光源(脉冲～150ns,532nm);(3)光学参数放大器(optical para2 metric amplifier,OPA).一般振荡器每12ns(重复频率～76M Hz)产生一束以800nm为中心、频宽为10—100nm(可调)的光束(傅里叶变换极限为几个到100多个f s).每束光的能量大约是6.6nJ (以0.5W输出功率计算).这样的光重复频率太快,单束光能量太低.我们必须用再生放大器把重复频率降下来(通常降到1000Hz,可调),并提高单束光的能量(通常能到1mJ).现在商业化的再生放大器可以常规地以1000Hz的频率产生大于3.5W小于40f s的800nm的激光了.虽然这样的光已经可以足够强和足够快地去做三阶非线性光学实验,但是,它的波长是在可见和近红外区,而不是我们想要的中红外区.因此,我们必须用光学参数放大器把再生放大器的800nm输出光的波长调到中红外区.它一般是利用两种非线性光学晶体来达到目的: (1)BBO晶体把800nm光变成两束近红外光(～1.2nm和～2nm);(2)Ag GaS2晶体把这两束近红外光差频(DF G)得到中红外光.这样的装置能产生几个到上百个μJ的40—200f s的中红外光(～3—13μm).3.2 二维红外光谱仪器现在所有的二维红外技术都基于三阶非线性光学方法.各种技术之间的不同点在于如何做傅里叶变换.一般而言,有两种办法可以做傅里叶变换从而得到频率:一种是仪器傅里叶变换,即用仪器(如光栅或标准具(etalon))来分光而得到频率;另一种是数学傅里叶变换,即是扫描时间得到相干图样,然后用数学的方法对相干图样进行变换得到频率.这两种方法都在二维红外技术中得到应用.因为二维红外需要两次傅里叶变换来得到二维频率,所以,从理图1 二维红外所需的超快红外光源装置图论上讲,应该有四种变换组合去得到一张二维红外图谱.由于仪器变换要比数学变换快很多,目前只流行两种变换组合的方法:(1)ωτ和ωm都由仪器变换得到;(2)数学变换得到ωτ,仪器变换得到ωm.我们可以估算一下两者的快慢(只考虑一次变换).激光的重复频率是1000Hz.一般一个数据点需要大概100个光脉冲(具体数目由信噪比决定),即需要0.1s.数学傅里叶变换要求点与点之间要小于半个光周期(6.7f s,4μm的光).一般实验室采取3f s的时间距离来采集相干图样.一般振动模式的相干时间(dep hasing time)约为1p s.因此,一般相干图样扫描时间长度大约为3p s.一张完整的相干图样就需要100s的时间.假设仪器变换的分辨率是2cm-1,一张谱图的频率范围是200cm-1,那么,得到一张谱图的时间就是10s.它比数学变换快了10倍.这里需要指出来的是,在二维红外里,一般光源的频宽只有200—300cm-1,这就决定了一张相干图样只能包括这么宽的频率范围.如果超快光源能够像一维红外那样覆盖4000cm-1,那么数学变换将更有优势.既然在目前情况下,仪器变换要比数学变换快上10倍以上,为什么大多数组还是用数学变换的方法来得到ωτ呢?这是因为仪器变换要受到测不准原理的限制:如果我们想得到高的频率分辨率,那么时间分辨率将会变差.具体来说,如果ωτ的分辨率是10cm-1,那么激发的时间分辨就只有2个p s左右.数学变换就没有这个问题,因为它是直接用宽频的超快光直接激发样品.这里有个小佯谬.光源的频宽与脉冲时间确实由测不准原理决定,但二维红外的频率与时间的分辨率并不一定是来自同一出处.仪器变换是直接把光源频率变窄,这自然让光源的脉冲变慢,而数学变换没有改变光源的任何性质.因此它有光源本身的时间分辨率.数学变换的频率分辨率来自于后来的数学处理.这是它可以同时拥有好的频率与时间分辨率的原因.另外,一维频率ωm是光与样品作用后的信号的频率,检测它已经不涉及到时间分辨的问题,所以收集数据快速的仪器变换方法(光栅分光)被普遍采用.下面分别介绍目前最主要的两种二维红外的实验装置.3.2.1 ωτ和ωm都由仪器变换得到:窄泵宽浦的泵浦方法(narrow2p ump/broad2probe)这种方法是在两色红外泵浦实验发展起来的[13,19,21,22,33—35].实验装置比较简单,操作起来也很方便.它所用的光源基本上跟上面介绍的一样.实验上,从光学参数放大器出来的光被分为两束(能量比为～20:1),能量小的一束作为探测光(p robe),能量大的一束进入标准具.这个标准具的作用是在大的频率范围里任意挑出一小部分频率.它是由两片半透镜和压电片组成,并通过控制压电片的厚度(随电压而变)来控制通过光的波长并微调光的频宽.通过光的频宽一般先设计好.通过相干器件后,红外光就从宽频的超快光(～150cm-1,100f s)变成了窄频的皮秒光(～15cm-1,1.5p s).这个皮秒光和那束宽频的探测光先后跟样品作用.它们之间的时间延迟(也就是反应时间T w)是由机械延迟线控制它们之间的光程差来实现的.好的延迟线的精度能达到10nm,即0.03f s.如果用光密物质做延迟,精度能更高.皮秒光作为泵光对样品进行激发.宽频的探测光随后探测分子振动被激发后的情况.经过样品后,探测光通过光栅分光,然后由红外检测器检测光强度.比较有泵光和没有泵光的通过样品的探测光的谱图,我们便得知分子振动的激发是如何演化的,从而得知有关分子结构和动态变化的信息.在这种二维红外实验里,ωτ是通过扫描皮秒光的频率(改变加在压电片上的电压)得到的,而ωm是由光栅分光宽频探测光得到的.如果有条件的话,可以用1p s的光学参数放大器代替标准具.这样泵光的频率范围就不会受到宽频光频率的限制,二维频率从而可以独立分开.这样的设备会有更广泛的应用.3.2.2 数学变换得到ωτ,仪器变换得到ωm:相干方法(coherence)这个方法能同时得到小于2cm-1的频率分辨率和快于50f s的时间分辨率.这是上面介绍的泵浦技术无法达到的.当然,代价也是很昂贵的:费时,设置繁复,操作困难,数据处理复杂.具体的装置[32,36]如图2所示:从光学参数放大器(见图1)出来的红外光被分为5束.其中3束作为激发光与样品先后作用,一束作为指示光为确定信号的方向提供帮助,最后一束作为定域振荡器(local oscillator,LO)与信号相干(起到放大和确定光子回声信号相位的作用).LO和信号一起被送进光栅分光,分光后由MCT点阵红外检测器测光强.CH为斩波器.图2 相干方法二维红外光谱仪实验的示意图如图3所示.三束激发光从不同方向与样品先后作用.经过这三次作用,一束信号“光子回声”,从特定的方向(三束激发光的矢量和:k echo =k2+k3-k1)产生出来.信号接着跟LO混合并进入光栅分光,最后被点阵检测器检测.在这个实验中,一共有3个时间延迟:第一束与第二束激发光之间的时间差τ;第二束与第三束激发光之间的时间差T w;信号与LO之间的时间差.扫描τ并做数学傅里叶变换,便会得到ωτ,扫描T w(反应时间),就会提供动态信息.在原理上讲,如果扫描信号与LO之间的时间差并做数学傅里叶变换,便会得到ωm.但是,在实验上,我们并不是这样做的.我们固定信号与LO之间的时间差(通常设为零),然后让光栅来对信号与LO同时进行傅里叶变换.也就是说,(3)式里的t3实际上是光在光栅里的相干时间.这里有几个问题必须指出来.第一,为什么我们需要LO?有两个主要原因:一个是放大作用.红外检测器的背景噪音比较大,而三阶的光学信号很小,直接把信号送进检测器有可能让信号淹没在噪音中.用比信号大100倍以上的LO来与信号相干叠加,能有效地减小噪音的影响.另一个原因是LO能帮助检测信号的相位,从而使数学傅里叶变换得到ωτ成为可能.MCT红图3 实验示意图外检测器只测光强,不测相位.如果我们直接把信号输入检测器,扫描第一束与第二束激发光之间的时间差τ,只会得到一根衰减曲线,而不是一个相干图样.如果我们把信号根LO 叠加起来再送到检测器里,那么我们将测得两者叠加后的光强(I s ):I s =│E LO +S ech o │2=│E LO │2│+2R e [E 3LO・S ech o ]+│S ech o │2=│E LO │2+2│E LO │×│S ech o │×cos (ωττ)×cos (ωm t 3)+│S ech o │2.(4)其中│E LO │2是LO 的光强,是个常数,由斩波器除掉.│S echo │2是信号的强度.它比其他两项小很多.因此,实际上只有中间那一项是我们真正测得的有用的信息,它包括了所有我们想知道的东西:两个频率ωτ,ωm 和随反应时间(T w )而变的信号│S echo │.接下来的工作就是傅里叶变换.第二,一次傅里叶变换产生一个实部(吸收谱,图4中的实线)和一个虚部(扩散谱,图4中的虚线).实部是我们所需要的,二维红外需要两次傅里叶变换.对于从一个相位匹配方向(如光子回声,k echo =k 2+k 3-k 1)出来的信号进行两次变换,我们是永远不可能得到纯吸收谱的,如下面方程所示.光子回声的信号能被表达为S echo (τ,T w ,t 3)∝A ×B (τ,T w ,t 3)×e i ωττ×e -i ωm t 3,(5)对(5)式做两次傅里叶变换,我们得到S echo (ωτ,ωm ,T w )=∫∞dτ∫∞d t 3exp (i ωm t 3-i ωττ)×S echo (τ,T w ,t 3)=[R (ωτ)-I (ωτ)i ]×[R (ωm )+I (ωm )i ]=[R (ωτ)R (ωm )+I (ωτ)I (ωm )]-i [I (ωτ)R (ωm )-R (ωτ)I (ωm )],(6)其中R 和I 分别为实部和虚部.由(6)式可以看出,两次傅里叶变换的结果是:无论是虚部或者实部,都是一次变换的虚部和实部的叠加.这样叠加的图谱频率分辨率低,线性通常被扭曲.早期的图谱通常都是这样的[5].如果我们对另外一个相位匹配方向(如反光子回声,k n =-k 2+k 3+k 1)出来的信号S n (τ,T w ,t 3)进行两次变换,那么我们将得到方程(8)式.S n (τ,T w ,t 3)∝A ×B (τ,T w ,t 3)×e -i ωττ×e -iωm t 3(7)S n (ωτ,ωm ,T w )=∫∞d τ∫∞d t 3exp (i ωm t 3+iωττ)×S ech o (τ,T w ,t 3)=[R (ωτ)+I (ωτ)i ]×[R (ωm )I (ωm )i ]=[R (ωτ)R (ωm )-I (ωτ)I (ωm )]+i [I (ωτ)R (ωm )+R (ωτ)I (ωm )].(8)考察(6)式和(8)式的实部,我们发现它们只差一个符号.如果把这两个实部加起来,我们将得到Re (S n (ωτ,ωm ,T w ))+Re (S echo (ωτ,ωm ,T w ))=2R (ωτ)R (ωm ).(9)(9)式告诉我们,二维红外纯吸收谱能够通过叠加两种信号而获得.这里有一个假设:光子回声与反光子回声的信号一样大.实际上,这两种信号并不一样大.回声的信号总比反回声大一点.因此,数据处理必须人为地加进一个幅度参数.以上双信号叠加去除扩散谱的方法可以用图4形象地表示.这种去除扩散谱的方法是从二维核磁共振、二维可见光谱到二维红外光谱一步步地发展起来的[6,18,37].图4 双信号叠加去除扩散谱第三,在实验上,由于多种不确定因素,我们无法100%精确地确定τ和t 3.根据时间转移原理(time shift t heorem )[18],在傅里叶变换中,时间的不确定必然会导致相位的不确定:FT{S (τ-Δτ,t 3-Δt 3)}=e -i ωτΔτ-i ωm Δt 3S (ωτ,T w ,ωm ).(10)相位的不确定会把图谱完全扭曲.因此,我们必须人为地对傅里叶变换后的数据加以处理,结果如下:S 2DIR (ωτ,T w ,ωm )=Re (C ×S n (ωτ,T w ,ωm )×e i ωτΔn τ+i ωm Δnt 3+i ωτωm Δ2n +…)+Re (S echo (ωτ,T w ,ωm )×e i ωτΔe τ+i ωm Δet 3+i ωτωm Δ2e +…),(11)其中C ,Δn τ,Δnt 3,Δ2n ,Δe τ,Δet 3,Δ2e …是人为加进去的可调参数.在实验上,C 可以用两种信号绝对值之比来确定,并且我们可以让Δn τ=-Δe τ,Δnt 3=Δet 3,Δ2n=Δ2e .具体做法是在实验上先固定三束激发光在空。
太赫兹时域光谱仪原理
太赫兹时域光谱仪原理太赫兹时域光谱仪是一种可以进行太赫兹波段光谱测量的仪器。
它的原理基于太赫兹波段电磁波在介质中的传播和反射等特性。
下面将详细介绍太赫兹时域光谱仪的原理及其应用。
太赫兹波段是指红外辐射和微波之间的电磁波频段，其频率介于0.1 THz ~ 10 THz之间，波长大约为0.01 mm ~ 1 mm。
在这个波段中，电磁波穿透力很强，具有很好的光学和物理特性，因此在材料科学、化学、生命科学、安全检测等领域有着广泛的应用前景。
然而，由于太赫兹波段是一个介于微波和红外波段之间的“传统频率空白”，在技术上实现太赫兹波段的研究和应用是非常具有挑战性的。
太赫兹时域光谱仪是通过一系列光学元件和电子学元件组成的，其中包括光源、太赫兹样品、探测器等等。
当外加太赫兹波的电场与样品交互后，产生的反射、透射和散射信号会被探测器接收并经过放大和处理，最终可以通过傅里叶变换等数学方法来得到太赫兹波段的光谱信息。
具体来说，太赫兹时域光谱仪的工作原理可以分为以下几个步骤：1.发射太赫兹波：太赫兹时域光谱仪采用飞秒激光器作为光源，通过调制其中的光脉冲来产生一系列宽带、高强度、连续可调谐的太赫兹波。
2.信号采集：经过太赫兹样品的太赫兹波将会被反射或透射出来，随后由探测器采集并转换成电信号，通常采用的是光电探测器、线性探测器等。
3.图像重建：将接收到的信号进行处理，即可重建出太赫兹波形的时间域信号。
该信号一般是一个包含几百个波周期的尖锐信号，其波形与太赫兹样品的折射率和吸收率相关。
4.谱数据分析：通过傅里叶变换等数学方法将时域信号转换成频域谱，得到太赫兹波段的谱数据。
从中可以得到太赫兹波段下样品的光学特性，比如折射率、吸收系数等等。
太赫兹时域光谱仪具有很多应用。
在工业制造过程中，太赫兹波段的光谱可以检测各种材料的表面和内部缺陷、相关质量特性，以及监测材料的降解、老化等过程;在农业中，太赫兹波段可以被用来检测谷物、水果、蔬菜等作物的水分含量和成分，还可以用于农产品质量检测；在医学领域，太赫兹光谱可以用来研究生物体光谱结构，提高皮肤癌等疾病的检测和诊断，促进疾病治疗的发展等等。
二维红外相关光谱
二维红外相关光谱
二维红外相关光谱（2DIR）是一种用于研究分子振动和相互作用的光谱方法。
它结合了传统的红外光谱和二维光谱技术，可以提供关于分子间相互作用方式和强度的更详细信息。
在2DIR实验中，两个短脉冲激光被用来激发和探测样品中的振动模式。
第一个激光脉冲通过频率选择激光器产生，激发样品中的振动模式。
第二个脉冲通常会在特定时间延迟后到达样品，通过检测样品中的吸收和发射光信号来研究振动模式的演化。
通过改变时间延迟并记录多个数据点，可以构建二维红外相关光谱图。
这个图谱能够提供关于分子间振动模式之间相互作用的信息。
例如，可以通过观察谱峰位置和强度的变化来研究分子中氢键的形成和断裂。
二维红外相关光谱在材料科学、生物化学和化学反应等领域具有广泛应用。
它可以帮助研究者了解分子间相互作用的方式，从而揭示材料的结构和性质，以及了解生物大分子的结构和功能。
红外区瞬态吸收光谱 trir
红外区瞬态吸收光谱trir全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：红外区瞬态吸收光谱（Transient Infrared Absorption Spectroscopy, TRIR）是一种用于研究分子振动和反应动力学的强大技术。
它通过测量分子在红外区域吸收光谱的变化，可以实时观察分子在不同时间尺度下的振动和反应过程，为化学、生物、材料等领域的研究提供了重要的信息。
TRIR技术的原理是利用短脉冲激光来激发样品中的分子，然后使用红外激光来探测样品的吸收光谱。
由于短脉冲激光的时间尺度非常短，通常在飞秒（10^-15秒）至皮秒（10^-12秒）的数量级，因此可以实现对分子的快速激发和检测，从而实时观察分子在振动和反应过程中的行为。
TRIR技术在研究反应动力学方面具有重要意义。
通过测量激光脉冲之间的时间延迟，可以获得不同时间点上的红外吸收光谱，从而揭示反应过程中的中间体和过渡态的信息。
在催化反应研究中，TRIR技术可以实时监测反应物和产物的振动谱，研究反应的动力学过程，优化反应条件，提高反应选择性和效率。
除了研究反应动力学外，TRIR技术还可以用于研究分子振动结构和动力学过程。
通过测量分子在不同振动模式下的红外吸收光谱，可以揭示分子内原子的振动方式和强度，探索分子的结构和性质。
在生物领域中，TRIR技术可以用于研究蛋白质、核酸等生物分子的结构和功能，了解它们在生物过程中的作用机制。
TRIR技术还可以与其他分析技术结合，如拉曼光谱、光谱学中的二维红外光谱等，从多个角度揭示样品的信息。
通过综合利用这些技术，可以更全面地了解样品的结构、动力学和功能，为科学研究和工程应用提供更为深入的洞察。
红外区瞬态吸收光谱（TRIR）是一种强大的分析技术，具有广泛的应用前景和研究潜力。
它不仅可以用于研究反应动力学、分子结构和生物功能等方面，还可以与其他分析技术结合，为科学研究和工程应用提供重要帮助。
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，TRIR技术将在更多领域展现其重要作用，推动科学研究和技术发展的进步。
中药光谱分析研究进展
中药光谱分析研究进展陈伟炜;林佳;冯尚源;黄浩;陈冠楠;俞允;林多;陈荣【摘要】中药可治疗不同病症，充分体现中医辩证论治。
为实现安全、可靠且有效的中药质量标准及评价体系，中药分析尤为重要。
作为一准确、灵敏和高效的分析工具，光谱分析技术可在中药检测分析中发挥重要作用。
本文介绍中药的光谱分析概况，主要阐述红外光谱、拉曼光谱法对中药的分析研究；并进一步提出了开展方剂光谱学研究，立足中医药理，以光谱分析技术为工具，分析方剂成分，揭示单味中药汤剂与其方剂配伍之间的关系，以及方剂配伍规律与药效间的相关性。
论文介绍了作者所在的项目组近期在中药光谱分析的相关工作，并对中药光谱分析的发展作了展望。
%Traditional chinese medicine (TCM)can treat different illness and fully reflect the dialectical treatment.In order to realize safe,reliable and effective quality standards and evaluation of TCMsystem,the analysis for TCMis par-ticularly important.As a high-sensitive,accurate,and rapid detecting method,the spectral analysis technique has been widely used in detection of TCM,and relevant results were obtained.This paper described the present situation of spec-tral analysis for TCM,mainly including infrared spectroscopy and Raman spectroscopy.The concept of prescription spec-troscopy was put forward.Taking the spectral analysis technology as the tool and based on the TCM,prescription spec-troscopy will reveal the relationship between single herb decoction and its prescription and the correlation between combi-nation law of prescription and its curative effect,with the aim to build intact prescriptionspectroscopy frame.The last part of the paper is the further prospect to the development of spectral analysis for TCM.【期刊名称】《激光生物学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P25-30)【关键词】中药;光谱分析技术;红外光谱;拉曼光谱;表面增强拉曼散射光谱;方剂光谱学【作者】陈伟炜;林佳;冯尚源;黄浩;陈冠楠;俞允;林多;陈荣【作者单位】医学光电科学与技术教育部重点实验室福建师范大学，福建福州350007; 福建中医药大学中西医结合学院，福建福州 350122;医学光电科学与技术教育部重点实验室福建师范大学，福建福州 350007;医学光电科学与技术教育部重点实验室福建师范大学，福建福州 350007;福建中医药大学中西医结合学院，福建福州 350122;医学光电科学与技术教育部重点实验室福建师范大学，福建福州 350007;福建中医药大学中西医结合学院，福建福州 350122;福建中医药大学中西医结合学院，福建福州 350122;医学光电科学与技术教育部重点实验室福建师范大学，福建福州 350007【正文语种】中文【中图分类】R284.1;O657.3doi：10.3969/j.issn.1007-7146.2015.01.004作为祖国医药宝库中的重要组成部分，中药是中国人民自古以来预防和治疗疾病的主要途径。
飞秒光谱技术及其应用
飞秒光谱技术及其应用
飞秒光谱技术是一种基于飞秒激光的光谱分析技术，能够实现非线性光学效应的探测和研究。
该技术能够探测分子、固体、气体等材料的电子、振动和自旋动力学过程，研究光与物质之间的相互作用和能量转移过程。
在分子动力学、材料科学、生物医学等领域有广泛的应用。
飞秒光谱技术主要包括飞秒激光产生、光谱分析和数据处理三个方面。
飞秒激光产生需要使用特殊的激光器和光学器件，产生高能量、高重复率、高稳定性的飞秒激光；光谱分析需要使用高分辨率的光谱仪和探测器，对光谱信号进行采集和分析；数据处理需要使用计算机进行信号处理、谱线拟合和数据可视化等工作。
飞秒光谱技术在材料科学领域的应用包括研究光伏材料、光催化材料、半导体材料等的能带结构和载流子动力学等；在生物医学领域的应用包括研究蛋白质、核酸和细胞等的结构和动力学过程等。
此外，飞秒光谱技术还可以用于激光制造、纳米材料制备等方面的研究。
总之，飞秒光谱技术具有高精度、高分辨率、非侵入性等优点，在材料科学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
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测定化学基团之间的空间结构关系. 与之类似的 2D NMR则用核自旋来测定原子间的空间几何关系 [3]. 二维红外光谱, 作为一种新颖的前沿光谱学手段, 不 仅有飞秒时间分辨率, 还有能测定凝聚相分子动态 结构的潜力. 其时间分辨率取决于飞秒激光的脉冲 宽度, 而分子结构信息则存在于二维光谱的对角峰 和非对角峰中. 本文将对飞秒二维红外光谱这一技 术的发展及其应用作一个较为全面的论述.
关键词 飞秒激光 二维红外光谱 光子回波 非谐性常数 振动激子 振动耦合常数 密度泛函计算
分子动力学模拟
许多化学、物理和生物过程, 如化学键的形成与 断裂、电荷转移、蛋白质折叠与聚集, 不仅与平衡态 的分子结构有关, 还与其结构的波动情况有关. 这使 得凝聚相中分子复合体结构的实时检测研究具有重 要意义. 为了对凝聚相分子体系动态结构有一个完 整的认识, 理想的实验手段是在化学键或原子水平 上对体系以极高的时间分辨率进行跟踪. 长期以来, 化学物理界以及结构生物界的工作者们一直在寻找 这样一种有效的检测手段. 两个较为成熟且广泛应 用的结构检测方法是X射线晶体衍射和二维核磁共 振(2D NMR), 两者都能给出具有原子分辨率的结构 信息. 例如, 晶相和非晶凝聚相的时间分辨X射线衍 射已经具有 100~150 ps(10−12 s)的时间分辨率 [1,2]. 但 是, 时间分辨X射线衍射需要同步辐射设备, 目前还 难以实验室平台化. 而二维核磁已经能检测溶液相 中的大分子结构, 尽管其时间分辨率有限(约毫秒至 微秒级). 近年来出现的飞秒(10−15 s)激光二维红外 (two-dimensional infrared, 2D IR)光谱技术则是对上 述两类手段的一个很好的弥补.
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图 2 二维红外光谱干涉仪简化光路图
1~3: 分束片; 4: 反射镜; 5: 翻转镜; 6: 红外偏振片; 7: 抛物镜; 8: 氟化钙反射/透射片; 9: 单色仪; 10: 单元 MCT 检测器; 11: 一维线阵 MCT 检测器; DFG: 差频产生器(的输出); S: 样品; k1~3: 三束红外激光; kLO: 局域振荡波
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第 52 卷 第 11 期 2007 年 6 月
评述
相(正, 负)出现的对角峰之ωt 值中. 2D IR 谱也能直接 给出每两个耦合的非谐振子的和频频率, 反映在成 对且反相出现的非对角峰(又称作交叉峰)之ωt 值中. 所以两个耦合的非谐振子在一张 2D IR 模拟光谱图 中会出现 8 个峰. 但是严格地讲, 当耦合常数非零时, 振动基态和第一及第二激发态之间的禁阻跃迁会变 得允许, 会出现多于 8 个的峰. 需要指出的是, 只有 非谐振子才会产生 2D IR 信号, 谐振子的成对且反相 出现的峰因拥有相同频率而在 2D IR 谱中可能会消 失. 所以在两个紧凑的频率轴上的 2D IR 谱能给出非 谐振子的非谐性常数. 非谐性常数表现在对角或非 对角峰正负信号沿ωt 轴的绝对频率差中. 2D IR 谱中 每一对对角峰的ωτ 值与其 1D IR(或 FTIR)谱峰的频 率相同. 2D IR 的对角峰沿对角线方向(−ωτ = ωt)延长 而沿反对角线方向窄化, 表明 2D IR 光谱的分辨率 高过 1D IR. 另外, 对角峰的峰型能反映振子的频率 分布; 均匀线宽反映在反对角线方向上, 总体线宽 (均匀加非均匀)则反映在对角线方向上, 因而对角峰 的峰型能揭示吸收基团的结构波动情况. 而非对角 峰峰型能反映成对耦合振子的频率分布的相关性, 揭示的是体系内不同部分的结构相关波动情况. 另 外, 图 4 中标明的“−ωτ”是由于通常的相位重聚谱的 ωτ 需作正负反转, 以便其 2D IR 峰能与非相位重聚 的 2D IR 峰拥有相同的中心频率从而易于比较, 或 进行数学处理, 如相加后能得到纯吸收谱. 需指出的 是, 2D IR 光谱的两个频率轴如何编排安置并非至关 重要, 在二维光谱领域中至今还没有标准化.
2 二维红外光谱原理
在时域中基于光子回波的二维红外光谱技术可 以用四波混频来描述(图 1). 四波混频指的是在时域 中三束飞秒激光脉冲(波矢为k1, k2 和k3)聚焦在样品上 产生一束光信号, 即受激光子回波信号(波矢为ks). 在相位匹配几何条件(如ks = −k1+k2+k3)下产生的回波 信号是非线性光学中众所周知的现象 [11,12], 在此不 多作叙述. 频率分辨的红外光子回波的特点是先利 用外差(heterodyne)检测手段, 在时域中将受激光子 回波信号完整地记录下来(包括其相位和振幅), 再利 用傅里叶变换将时域回波信号转换成频域信号. 外 差检测是通过第四束输入激光脉冲作为局域振荡波 (local oscillator, LO, 波矢为kLO)而实现, 此时得到的 回波信号是kLO和ks的卷积.
评述
第 52 卷 第 11 期 2007 年 6 月
飞秒激光二维红外光谱
王建平
(中国科学院化学研究所, 中国科学院分子科学中心, 分子反应动力学国家重点实验室, 北京 100080. E-mail: jwang@)
摘要 近年来出现的飞秒激光二维红外(2D IR)光谱技术具有以飞秒时间分辨率测定凝聚相分子动态结 构的潜力. 时间分辨率取决于飞秒激光的脉冲宽度, 分子结构信息存在于二维谱的对角峰和非对角峰 中. 本文较为全面地论述了 2D IR的基本原理, 介绍了 2D IR的发展历史以及最新动态, 特别是近年来 2D IR在蛋白质及多肽的结构和动力学方面的代表性研究结果; 并以蛋白质酰胺-Ⅰ带为例, 着重探讨了 一维和二维红外光谱模拟所用的振动激子模型, 以及量子化学从头计算、分子动力学模拟在激子模型和 光谱模拟中的应用. 还简单介绍了偏振光的调控在二维红外光谱学中的用途以及存在的一些实际问题, 也介绍了同位素取代, 特别是碳-13 取代在多肽结构的 2D IR表征中的有效性, 并分析了水溶液中多肽 局部动态结构研究的一个实例. 最后, 提出了 2D IR的一些基础研究方向和应用研究方向以及有待解决 的一些技术问题.
受激红外光子回波信号的本质是振动基态和第 一、第二激发态的布居及弛豫过程. 对所研究体系 (一个或多个非谐振子)来讲, 它们的振动基态和第一 及第二激发态之间的跃迁都会发生(Δv = ±1, v 为振动 量子数). 例如, 第一束脉冲(k1)产生两个振动态的相 干, 第二(k2)和第三束脉冲(k3)随后跟进, 可以在这个 相干演变的基础上激励不同的振动态, 最后产生一 个自由感应衰减. 所产生的自由感应衰减实际上是 一个发射信号, 可以来自第一或第二激发态. 在实验 中, 当使用单元 MCT 检测器时, 固定 k2 和 k3 之间的 延时 T (布居时间), 分别扫描 k1 和 k2 之间的延时τ (相干时间)以及 k3 的作用时间 t (检测时间), 便得到 一个沿τ 和 t 的二维时域回波振荡信号, 图 3 给出了 一个实验数据的实例, 这是从水溶液中的一个 25 单 元的α-螺旋所测得的回波信号. 图 3 中纵坐标是经过 放大后的回波信号强度, 只具有相对意义. 可以看到 τ 或 t 在大约 1.2 ps 之后, 回波信号已经基本消失, 数 据的信噪比还是相当高的. 将二维时域回波振荡信 号经过二维傅里叶变换就得到一张二维频域谱, 即 2D IR 谱. 若使用一维线阵 MCT 检测器, 则 t-轴无需 扫描, 检测器记录的已是经过傅里叶变换(由单色仪 完成)的频谱, 这样能大量缩短整体数据采集所需的 时间. 当 k2 和 k3 之间的延时 T 成为一个扫描变量时, 可以得到 3D IR 谱. 当使用单元 MCT 时, τ 和 t 所需 的扫描时间范围取决于回波信号的持续时间, 扫描 步长则取决于非谐振子的基频. 在条件允许时应尽 量以小步长采集完整的回波信号. 以蛋白质酰胺-Ⅰ 带振动模式(主要为 C=O 伸缩振动)为例, 第一振动 激发态寿命 T1 ≈ 1.0 ps, 每一时间轴通常需扫描 1.5 ps 或更长时间, 步长约为 20 fs(图 3). 另外, 2D IR 实验 通常有两种形式: 一种是图 1 中所示的情形, k1 先于 k2 到达样品, 这意味着τ < 0, 将得到所谓的相位重聚 (rephasing)谱. 另一种是 k1 后于 k2 到达样品, 这意味 着τ > 0, 将得到所谓的非相位重聚(non-rephasing)谱; 相位重聚谱与非相位重聚谱二者的等份之和将得到 第三种谱, 即所谓的相关谱(或纯吸收谱), 其结果是消
1 二维红外光谱发展历史
飞秒激光二维红外光谱技术是实验和理论工作 者们多年辛勤劳动的结晶(见近几年的几篇综述 [4~10] 和书籍 [11,12]). 2D IR的雏形最早报道于 1998 年 [13], 所 利用的是频域中的红外飞秒激光泵浦-探测方法, 相 当于NMR的双共振技术. 其做法是通过扫描一个较 窄的泵浦光带而记录一个频率范围较宽的探测光信 号来得到泵浦-探测 2D IR光谱 [13,14]. 真正意义上的 二维红外光谱技术利用的是红外光子回波现象. 红 外光子回波很早就被用于分子动力学研究, 但直到 20 世纪 90 年代末, 红外光子回波的研究一直局限于 单波长下的信号强度随时变化, 见近期文献综述 [15]. 基于光子回波的、首次实现了频率分辨的二维红外光 谱报道于 2000 年 [16,17], 它向世人宣告了飞秒激光二
2006-12-22 收稿, 2007-03-15 接受 中国科学院“百人计划”资助项目
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第 52 卷 第 11 期 2007 年 6 月
评述
维红外光谱的诞生. 随后在一个很短的时期内, 二维 红外得到了非常迅速的发展. 在这期间报道的有基 于 光 子 回 波 的 双 频 2D IR实 验 ( 相 当 于 异 核 2D NMR)[18]、倍频 2D IR[19,20]和六波混频 2D IR[21]. 在这 期间发展起来的还有双频红外飞秒激光泵浦-探测光 谱技术 [22], 以及基于泵浦-探测的双频 2D IR光谱技 术 [23]. 这些技术的发展, 都是与近年来飞秒激光技 术的发展、新颖非线性光学材料的发现及光学参量放 大器等光转换器件的实现分不开的.