第十一章 时间分辨光谱
时间分辨荧光光谱中
时间分辨荧光光谱中
时间分辨荧光光谱是一种用于研究物质在光激发后发射出的荧光光谱的技术。
它可以提供关于分子结构、动力学和相互作用的有用信息。
时间分辨荧光光谱通常涉及到以下几个方面：
1. 时间分辨测量原理，时间分辨荧光光谱是通过对样品施加脉冲激发光源，然后测量样品在不同时间点上发射的荧光信号来实现的。
这种方法可以提供有关分子在不同时间尺度上的行为的信息，比如激发态寿命、能级交叉和分子内动力学等。
2. 应用领域，时间分辨荧光光谱在生物化学、材料科学、环境监测等领域有着广泛的应用。
例如，在生物医学领域，可以利用时间分辨荧光光谱研究荧光标记的生物分子在细胞内的动态过程；在材料科学中，可以通过时间分辨荧光光谱来研究半导体材料的光致发光和退火过程。
3. 数据分析，时间分辨荧光光谱产生的数据通常需要经过复杂的数据处理和分析。
这包括对光谱数据进行去噪、拟合和解卷积等处理，以提取出样品的动力学信息。
4. 仪器设备，进行时间分辨荧光光谱实验通常需要高性能的激发光源、光学检测系统和数据采集设备。
常见的实验装置包括飞秒激光器、光电倍增管、光栅和高速数字采集卡等。
总的来说，时间分辨荧光光谱技术在研究分子的动力学过程和相互作用方面具有重要的应用，对于揭示物质的性质和行为具有重要意义。
【实用】光谱学第十一章PPT资料
H35Cl的转动光谱波数：-1，取刚性转子模型，求分子的两个原子核间的距离。 非刚性转子能级图（虚线表示刚性转子的能级） 其次原子核的直径是10-12~10-13厘米，而分子的两原子核间的距离约为10-8厘米. 刚性转子模型假设分子中两个原子核的距离r是固定不变的。 因此，具有转动能量Er（J）的分子数目应与（2J+1）exp（-E/kT）成正比。 可见非刚性转子的能量比刚性转子的能量略有下降，而转动光谱的两条谱线间的距离不再是相等的。 既是说，两个原子不是由一根没有质量的刚性杆子所连结，而应看作是由一根没有质量的弹簧所连结，这种模型称为非刚性转子模型 。 因此同核双原子分子转动时不会吸收或发射光辐射。 分子的两个原子如果是相同的（例如H2，O2，N2等分子），其偶极矩为零，分子转动时也不会发生偶极矩的变化。 HCl分子（）在3000K的热分布 可见非刚性转子的能量比刚性转子的能量略有下降，而转动光谱的两条谱线间的距离不再是相等的。 实际上，当分子体系处于室温条件下，绝大多数分子都是处于电子的最低能量状态（电子基态）和振动最低能量状态（振动基态）。 刚性转子的能级及转动光谱示意图 不过D＜＜B，在一般情况下，可以忽略不记。 这说明经典理论不能应用于解释分子的转动及其转动光谱，只能应用量子力学的理论来解释。 这是因为电子的质量很小，约为原子核质量的10-4倍，可以忽略不记； 处在热平衡条件下的大量同类气体分子，它们在不同能级上的分布数目应遵从麦克斯韦-玻耳兹曼分布律。
光谱学第十一章
前面已经证明，分子的运动可以分离为电子运动、 振动和转动的组合。这样，我们就可以分别讨论 三种运动的情形。在这一章中，我们先讨论双原 子分子的转动和纯转动光谱。
时间分辨光谱在光催化和光反应动力学中的应用
Rate models and the determination of the species associated spectra of the intermediate states
The data evaluation on the basis of single spectral traces has a number of disadvantages: – Inferior signal to noise ratio – Effects of spectral diffusion, e.g. caused by solvation or vibrational cooling result in additional non-exponential contributions to the decay signal – Contributions of similar time constants cannot be clearly distinguished – No complete spectral information of intermediate states is obtained
UV/Vis absorption and fluorescence spectra of riboflavin tetraacetate (left). Difference spectrum of the S1 state of riboflavin tetraacetate (bottom) 1 ps after excitation at λ = 480 nm.
Time resolved spectroscopy in photocatalysis
UV/Vis absorption spectroscopy: More than just ε!
fs时间分辨光谱
FS时间分辨光谱是一种研究物质在时间尺度上随时间变化的光学技术。
它利用光与物质相互作用时产生的瞬态或暂态现象，通过测量光谱随时间的变化来获取物质的信息。
FS时间分辨光谱的原理是，当物质受到光照射时，会产生瞬态或暂态现象，这些现象会随着时间的推移而逐渐消失。
通过测量光谱随时间的变化，可以获取物质在不同时间点的光谱信息，从而推断出物质的性质、结构和动力学过程。
FS时间分辨光谱具有高灵敏度、高分辨率和高时间分辨率等优点。
它能够探测到物质在极短时间内的变化，例如分子振动、电子跃迁、化学反应等。
此外，FS时间分辨光谱还可以用于研究光与物质的相互作用机制，以及探索新的材料和器件。
在应用方面，FS时间分辨光谱被广泛应用于化学、物理、生物医学、材料科学等领域。
例如，在化学领域中，FS时间分辨光谱可以用于研究化学反应的动力学过程和机理；在物理领域中，FS时间分辨光谱可以用于研究光子晶体、量子点等纳米材料的性质和结构；在生物医学领域中，FS时间分辨光谱可以用于研究生物分子的结构和功能。
总之，FS时间分辨光谱是一种非常有用的光学技术，它能够提供物质在时间尺度上的变化信息，对于研究物质性质、结构和动力学过程具有重要意义。
两种新的时间分辨光谱技术
两种新的时间分辨光谱技术锁志勇;魏先文;徐正;刘德军;余智;张昀;李重德【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2000(016)003【摘要】时间分辨光谱(Time Resolved Spectrometry, TRS)是研究物质光物理、光化学性质的基本手段.本文简要介绍了这一领域中较新的两种光谱技术:相调制法测定荧光寿命(Phase-shift and Demodulation Measurement of Fluorescence Lifetime)和利用步进扫描(Step-Scan)技术测量瞬态红外吸收光谱.【总页数】7页(P404-410)【作者】锁志勇;魏先文;徐正;刘德军;余智;张昀;李重德【作者单位】南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093;南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093;南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093;南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093;南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093;南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093;南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093【正文语种】中文【中图分类】O657.3【相关文献】1.材料来源回溯与试题本相识别——两种新的历史试题分析技术 [J], 周文清;张学敏2.两种新萃取技术与光度法联用测盐酸洛美沙星 [J], 雷自荣;杨舒;杨盛春;温晓东3.两种新萃取技术与光度法联用测盐酸洛美沙星 [J], 雷自荣;杨舒;杨盛春;温晓东;4.助听器中的两种新降噪技术 [J], 张戌宝5.朗盛展示两种新的低游离预聚物技术 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
时间分辨 lv
四、使用方法
1、金属配合物荧光寿命的测定
2、荧光体混合物中两组分的同时测定
• 当金属配合物的荧光寿命之差超过4ns时混合物中各组分可以考虑由 荧光衰变曲线进行同时测定。例如，铝-8-羟基喹啉-5-磺酸和镓-8羟基喹啉-5-磺酸在PH=4.5的荧光寿命差约为7ns，可采用时间分辨法 进行同时测定。测定时先往含有铝和镓的样品溶液中加入8-羟基喹啉 -5-磺酸试剂，调节PH至4.5，采用以氘灯为激发光源的时间分辨荧光 分光光度计，控制光脉冲与检测信号之间延迟时间以完成时间分辨测 量。测量的荧光衰变曲线如下图
3、痕量分析中干扰物与背景荧光的消除
4.多环芳基的检测
5.芳基的检测
6.溶剂松弛的时间分辨
谢谢大家！
时间分辨荧光分析法
一、简介
时间分辨荧光光谱，与常规的二维荧光光谱不同在于：它引入了第 三个变量——时间。其表达式为F=f(λex,λem,τi)。此处F为荧光强度， τ为待测样品的荧光寿命。 时间分辨荧光光谱技术，以激光和门检测技术相结合，它不仅带来 了低于普通荧光法的检测限和较高的灵敏度，还可以有效地解决光谱峰 有干扰，而寿命有明显差异的组分的测定，采用相应的时间延迟，对于 解决背景噪声，激发光干扰也是行之有效的办法，因此，该技术深受分 析化学者的关注。
图中曲线(1)为 AI标准溶液 (0. 4μg/mL. pH4. 5) ; (2) 为 Ga 标准溶液 (0.8g/ml, pH4.5h)；(3)为混合溶液 (AI 0.08μg/mL,Ga0.8μg/mL, pH4.5)；(4) 为试剂空白。图9.5 中曲线(1)为AI标准溶液，(2)为Ga标准溶液所形成的配 合物的对数衰变曲线，均呈直线；曲线 (3)因混合物中有 AI和Ga两种配合 物，所以对数衰变曲线弯曲.但在15ns之后，长寿命组分占优势而呈直线. 其斜率和曲线(1)一致.r=10.8ns。把这段直线延长至零时间，得到曲线(4)。 从混合物曲线 (3)扣除曲线(4)，得到短寿命组分的线性对数衰变曲线(5).该 线的斜率和曲线(2)Ga 配合物一致，r=4.3ns。由曲线(4)和(1)可以测定:混 合物中Al量，由曲线 (5)和 (2) 可以测定混合物中Ga量。
临床检验仪器第十一章临床免疫检验仪器习题
第十一章临床免疫检验仪器一、名词解释1.酶免疫分析技术：利用酶的高效催化和放大作用与特异性免疫反应结合而建立的一种标记免疫技术。
2.均相酶免疫分析法：检测过程中抗原抗体反应后，无需分离结合和游离的酶标记物，直接根据反应前后酶活性的改变进行待检物质测定的分析方法。
3.非均相酶免疫分析法：在酶免疫测定中，抗原抗体反应达到平衡后，需分离游离的和与抗原(或抗体)结合形成复合物的酶标记物，然后对经酶催化的底物显色程度进行测定，再推算出样品中待测抗原(或抗体)含量的分析方法。
4.发光免疫分析技术：利用化学发光现象，根据物质发光的不同特征，即辐射光波长、发光的光子数，与产生辐射的物质分子的结构常数、构型、数量等密切相关，通过受激分子发射的光谱、发光衰减常数、发光方向等来判断分子的属性及发光强度进而判断物质的量的免疫分析技术。
5.免疫浊度检测：将液相内的沉淀试验与现代光学仪器和自动分析技术相结合的一项分析技术。
6.放射免疫分析技术：以放射性核素为标记物的标记免疫分析技术。
7.非均相荧光免疫测定法：抗原抗体反应后，先把Ab*Ag 与Ab*分离，然后测定Ab*Ag 或A b*中的标记物的量，从而推算出标本中的A g 量的方法。
8.均相荧光免疫测定法：抗原抗体反应后，Ab*Ag 中的标记物失去荧光特性，不需进行A b*Ag 与A b*的分离直接测定游离的A b*量，从而推算出标本中的A g 量的方法。
9.闪烁体：是将核辐射能激发分子转化成可探测闪光的荧光物质。
常用的有有机闪烁体、无机闪烁体和特殊闪烁体等。
10.时间分辨荧光免疫分析：时间分辨荧光免疫测定是用镧系稀土元素及其螯合物(如 Eu3+螯合物) 作为示踪物标记抗原、抗体、核酸探针等物质，检测标本中的相应抗原或抗体的荧光免疫测定技术。
11.化学发光免疫技术：在检测化学反应中，某些化学基团被氧化后形成激发态，并在返回基态的同时发射一定波长的光子。
仪器利用这种化学基团标记在免疫分析的抗原或抗体上所建立起来的免疫分析为化学发光免疫分析。
时间分辨拉曼光谱
时间分辨拉曼光谱用于声子寿命的测量
K. T. Tsen et al. Applied Physics Letters, 89, 112111, 2006
展望
✓ 时间分辨拉曼光谱的时间分辨率和光谱分辨率进一步 提高: 海森堡不确定原理
✓ 时间分辨拉曼光谱的应用领域进一步扩大: 与其他技术相结合
Dmitry Pestov, et al. Science 316 (2007) 265 David W. McCamant, et al. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8208-8214
ws wp
Lens
相干反斯托克斯拉曼光谱的优点
✓ 信号强 ✓ 避免荧光干扰 ✓高度相干、高度准直的相干光，易与背景光分开。 ✓…
实验设备 实验设备 OPA wp
Iris
waS
DtSample源自OPA wsL1L2
Dt
E*
wp
E0
wSDDtwtp wpwCAwRSCwARpS wCARS
时间分辨拉曼光谱的应用
wR
能量守恒
was = wp – ws + wp
相位匹配
kas = kp – ks + kp
相干反斯托克斯拉曼光谱
能量守恒
was = wp – ws + wp
wp ws wp was
相位匹配
kas = kp – ks + kp kas
ks
kp
kp
相干反斯托克斯拉曼光谱
was
Iris
wp
Lens Sample
时间分辨拉曼光谱用于光电过程电子输运性质的表征
E. D. Grann et al. Phys. Rev. B, 1996, 53, 9838-9846
一种新的时间分辨光谱测量方法
目前普遍采用的有两种测量技术,! 一种是 H$T/41即取样积分技术脉冲光激发后的发光 信号由光电倍增管接收后经过一个电子开关这个开关开 通的时刻激发后=B以及开通的持续时间=C可控这样 发光信号中只有=B=B 3=C时间内的那部分能够通过开关 进入积分器进行平均如果固定延迟时间=B而光谱仪扫描 就可以得到光谱A$=B即激发后=B 时刻的时间分辨光谱 由于这种方法在时间上和频率上均串行进行每次激发后的 发光A$=中仅有=B 附近=C 内以及光谱仪波长位置和分 辨率所决定的 光 谱 范 围 内 的 信 号 被 利 用因 此 信 号 利 用 率 低测量所需时间较长 另一种是 用 阵 列 探 测 器如 ]]C 探 测 器微 通 道 板 I]P等这是一种在波长上并行的方法经过光谱仪色散
本文提出一种时间上并行的测量时间分辨光谱的新方 法由短波长 U<C作脉冲激发源光信号经过单色仪分光 由光电倍增管转换为电信号后用数字存储示波器可方便的 记录这一波长上的衰减曲线A$B=依次记录不同波长下 的衰减曲线后通过计算机将这些数据进行处理取出同一 衰减时刻 下 不 同 波 长 下 的 发 光 强 度即 得 到 时 间 分 辨 光 谱"
这种方法的特点是在时间上测量并行进行因此较H$T+ /41技术方便快捷大大缩短测量时间提高测量效率比阵 列探测器成本低由于数字示波器是较通用的实验室设备 所以可以充分利用已有设备进行测量
,!实验系统组成
!!此时间分辨光谱及积分谱测量系统采用模块化设计主
!收稿日期!))L+,,+!)修订日期!))R+)@+)!
后不同波长的光信号进入探测器的不同像元探测器可以 探测对事件的积分光谱也可以用取样的方法测量激发后 的某时刻所有波长的光强得到时间分辨光谱由于测量在 波长上是并行的因此信号利用率大大提高]]C 的灵敏度 和响应时间都低于光电倍增管一般只用于测量对时间积分 的光谱而微通道板虽然原则上能够在单脉冲激发下获得发 光强度在波长和时间两个方向上的分布但由于系统成本昂 贵使用很不普遍@+R
时间分辨光谱测量系统
可探测的波长范围为200nm-900nm，MCP放大 增 益 3 × 1 0 3， 时 间 分 辨 率 可 达 2 p s ， 扫 描 范 围 为160ps-2ns，仪器与Mira900F飞秒振荡系统 同步，扫描频率76MHz。具有光子计数功能。 该仪器可以自动去除信号的背景，提高信噪比；可 以自动进行测量曲线的校正。 皮秒瞬态荧光全光谱同步测量，高效省时。属于通 用型仪器，对于分子体系，薄膜体系，生物体系等 均可实现高效荧光测量。目前可与 OPO系统结合， 实现多波长泵浦超快荧光光谱测量。 时间分辨光谱测量系统
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103-106
5 知名 用户 共 享 信 息 备 注 是否对 外开放 联系人
Chemical Femtosecond transient photophysics of polyfluorene Physics Letters 2011 copolymers tuned by carbazole side group Journal
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Hale Waihona Puke 52-55— 否 王树峰 服务 对象 电子 邮件 — wangsf@ 收费 标准 联系 电话 62754990 — 开放 时间 —
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主要研 究方向 在研 或曾 承担 重大 项目 奖项 专利 人才 培养 相 关 科 研 信 息 学 术 论 文
时间分辨荧光谱学
—
— 博士5人，硕士5人 三年内利用该仪器作为主要科研手段发表学术论文（三大检索） 11 序号 1 作者（前三名） Rongtang Zhou， Wei Chen， Xingyu Jiang Kang Meng， Qing Ding， Shufeng Wang Kang Meng， Yingliang Liu， Wenke Feng Aoneng Cao， Zhen Liu， Saisai Chu Qing Ding， Fushun Liang， Kang Meng 论文题目 篇，其中代表论文： 期刊名 年 卷（期） 起止页码 96 133309
学术报告记录--荧光的飞秒时间分辨光谱
《学 术 报 告 记 录》报告题目：荧光的飞秒时间分辨光谱主 讲 人：时 间： 地点：学术报告主要内容（可加页）：一、荧光光谱荧光光谱的现象被观测是从400年前牛顿用棱镜将太阳光分解成彩色光谱开始的；其理论是100年以前爱因斯坦提出的光量子理论二、光谱仪：任何一台光谱仪一般都是又光源、分光系统（一般是光栅或棱镜）和探测器组成。
其简图如下所示：其中,对于光谱仪中的探测器对于单波长探测，一般用光电倍增管(PMT)；对于全光谱探测，一般用光学多通道分析仪(OMA)或电荷耦合器件(CCD)；对于弱光探测一般用ICCD 。
对于PicoStar-超快响应的增强型CCD ，其数据采集的方法是令激光重复频率和数据采集频率相同，这对对探测器的响应时间要求很快。
对于时间分辨光谱目前有两种方法：一是用现代相机进行连拍；二是用多个相机相继拍三、光学门-Kerr 效应实现的飞秒时间分辨光谱在电场作用下,各向同性的透明介质变为各向异性，从而产生双折射现象—电致双折射或克尔效应。
下图表示fs 脉冲在Kerr 介质中的瞬态双折对于Kerr 介质，一般选用非线性折射率大，响应速度快20||n n E γ=+，且要求在390~780nm 不能有单或双光子吸收。
用光学门可以实现的飞秒时间分辨光谱，其光学结构图如下图所示：在测量方面一般可用上转换荧光的方法来测量飞秒时间分辨光谱。
荧光上转换原理是：利用晶体的非线性效应，当两束光波同时入射到晶体上式衍射光除了含有原来频率的光场以外，还有两入射光场的合频光场，从而实现频率上转换。
在合频转化的过程中要遵守动量守恒123k k k +=和能量守恒123hv hv hv +=或312ωωω=+。
四、脉冲激光和光学门对于飞秒脉冲激光，其脉冲宽度一般为100fs ，重复频率(可调)一般为1kHz ，周期一般为1/1000Hz=1ms ，通过简单的计算容易得到：单周期内一个脉冲行走的距离为：10-3s ⨯3⨯108m/s=105m=100km ；单脉冲的空间长度为100⨯10-15s ⨯3⨯108m/s=3.0⨯10-5m=30μm 。
时间分辨光谱学
(t2-K2∙r/ω )- (t1-K1∙r /ω )= (t4-K4∙r /ω )- (t3-K2∙r /ω )
双氢磷酸氨
脉冲
2 脉冲
光子回波
样品：SF6 光源：CO2激光器
4、光学章动
光学章动表现为当样品原子（或分子）被足够
强的共振光场突然照射时，原子将首先被激发 到高能态（共振吸收），然后回到较低能态 （受激发射）。交替循环地对激光吸收再发射。 这种现象叫做光学章动。
dP
纵向弛豫时间:粒子数衰变时间 横向弛豫时间:相衰变时间 光学跃迁描述为跃迁矢量绕光矢量的进动，进动频率称为 拉莫进动频率
P x P y Pz P , , 该系统的与时间 布洛赫方程： dt T 2 T 2 T1 有关的极化 ＝ （ 12 ） E 1 , 0 , 12 有效光场 2
束共振激发，突然撤去共振激发场，这时被激发 的偶极子处于同位相，因而样品将发射出强相干 光，而且呈现出一种随时间而衰减的性质。
频谱是斯塔克 位移，缓慢变化 是章动信号
(A)用9.7微米连续CO2激光器得到的13CH3F光学章动信号 （B）10.6微米得到的NH2D的自由感应衰减信号
斯塔克开关
二、脉冲傅立叶变换光谱学
2
一切受激原子同相振动时刻，荧光强度比非相干情况大N倍。
超辐射
N 2 ( t ) N 2 ( 0 ) exp(
t T1Biblioteka )光子回波的特性： t2-t1=t4-t3,Δt1=Δt2 信号以exp(- 2Δt1 ／T1)衰减。为均匀展宽。因为均匀展宽(如寿 命展宽)是物质中固有的，所以内在消相是无法复相的。 光子回波是一种无多普勒效应高分辨率光谱，可以用来测量均 匀展宽。 K4＝2K2-K1 确定回波方向。
时间分辨光谱和稳态光谱
时间分辨光谱和稳态光谱1. 引言1.1 时间分辨光谱的定义时间分辨光谱是一种通过在时间上分辨光谱信号来研究物质的光谱特性的方法。
它能够实时观察物质在不同时间点上的光谱响应，从而揭示物质的动态变化过程。
通过时间分辨光谱，我们可以了解物质在激发态和基态之间的能量转移路径、激发态的寿命、化学反应的动力学过程等信息。
时间分辨光谱的快速响应和高时间分辨率使其在研究快速动力学过程和光化学反应中具有重要应用价值。
通过对时间分辨光谱数据的分析和处理，可以获得物质的光谱动力学信息，进一步深入理解物质的光谱特性和反应机制。
时间分辨光谱在生物医学、材料科学、化学反应动力学等领域有着广泛的应用，为研究人员提供了一个强大的工具来探索物质的微观结构和动态行为。
1.2 稳态光谱的定义稳态光谱是指在系统达到稳定状态时所测得的光谱。
在稳态光谱中，系统的能级分布保持不变，各能级之间的占据数达到平衡，从而呈现出一定的能级结构和波长分布。
稳态光谱通常用于研究物质的结构、成分和性质，可以帮助我们了解物质的光学特性、化学反应过程等。
稳态光谱具有稳定性高、信号强度高、测量精度高等特点，因此在很多领域得到广泛应用。
在化学分析领域，稳态光谱常常用于物质的定性和定量分析；在生物医学领域，稳态光谱可用于研究生物分子的结构和功能；在材料科学领域，稳态光谱可用于研究材料的光学、电学性质等。
稳态光谱的应用范围非常广泛，对于推动科学研究和技术发展具有重要意义。
2. 正文2.1 时间分辨光谱的特点时间分辨光谱是一种通过测量物质在不同时间尺度上的光学响应来研究其动力学过程的技术手段。
其特点主要包括以下几个方面：1. 高灵敏度：时间分辨光谱能够提供高灵敏度的光学信号，使得可以检测到物质在极短时间尺度上的变化。
2. 高分辨率：该技术具有高分辨率的特点，能够准确地测量物质在时间上的变化，并能够区分不同光谱特征的信号。
3. 非破坏性：时间分辨光谱通常是非破坏性的，可以在不破坏样品的情况下对其进行测量，适用于对一些脆弱或难获取的样品的研究。
激光诱导al等离子体的时间分辨光谱
激光诱导al等离子体的时间分辨光谱激光诱导al等离子体的时间分辨光谱随着科学技术的进步，我们对物质世界的认识也越来越深入。
而光谱分析技术是现代物理学、化学等科学领域中不可或缺的分析手段之一。
因为光谱特征可以为人们提供充分的信息，可以帮助人们了解物质的结构、性质等方面的信息。
在光谱分析技术中，时间分辨光谱是一种重要的手段，它可以帮助我们了解化学反应、物理过程等中激发态的演变与复杂动态。
在时间分辨光谱的研究中，激光诱导等离子体（Laser-Induced Plasma, LIP）技术被广泛地应用。
激光诱导等离子体的形成是通过强激光束对样品产生的局部等离子体而实现的。
这个过程是非常快速的，时间尺度在皮秒级别。
而激光诱导等离子体的形成在过程中产生了很多能量，大量的分子离子化，形成了非常丰富的光谱信息。
通过注册和分析这种谱线，可以获得评估可能存在于样品中的元素及其化合物。
这其中包括痕量元素，例如矿物、痕量元素、大气中的气体或气溶胶。
与其他分析手段相比，激光诱导等离子体技术具有其独特的优势。
首先，该技术可以用于非接触式的分析，对于那些危险的、高温、高压等条件下无法直接采集样品的情况下很有用。
其次，由于等离子体中产生的光谱信息非常丰富，可以对物质的结构、形态等信息进行准确的检测和分析。
因此，在许多领域，例如材料科学、地球科学、生命科学等，激光诱导等离子体技术被大量应用，提供了很多宝贵的信息和为相应的研究做出了巨大的贡献。
相比于一般的光谱分析技术，时间分辨光谱分析技术显得更加高级和深奥。
这是因为时间分辨光谱分析技术要求很高的仪器和研究技术。
例如，除了要求强激光束产生充足的等离子体脉冲信号，还需要仪器具备很高的精度和时间分辨率以能够收集到单个事件的光谱信息。
这些技术难度要求，需要研究人员具备较高的专业技能和实践经验。
总之，激光诱导等离子体是一种非常重要的时间分辨光谱分析技术，在现代材料科学、地球科学、生命科学等众多领域中持续地发挥着重要的作用。
时间分辨光谱和稳态光谱
时间分辨光谱和稳态光谱全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：时间分辨光谱和稳态光谱是光谱学中的两种重要的研究方法，它们分别通过不同的技术手段来研究物质的光谱特性。
时间分辨光谱是一种通过分析物质吸收或发射光的时间演变来研究物质的性质和动力学过程的方法，而稳态光谱则是研究物质在静态状态下的光谱特性。
本文将分别介绍时间分辨光谱和稳态光谱的原理、应用以及在科学研究和工程应用中的意义。
时间分辨光谱是一种通过记录物质吸收或发射光的时间演变来研究物质的性质和动力学过程的方法。
在时间分辨光谱中，研究者可以通过快速激发样品并记录其光谱响应的方式来研究样品的动力学行为。
时间分辨光谱主要包括时间分辨荧光光谱、时间分辨吸收光谱等。
时间分辨光谱在很多领域都有广泛的应用。
在生物医学领域，时间分辨荧光光谱可以用来研究生物分子的结构和动力学过程，进而帮助诊断疾病。
在材料科学领域，时间分辨光谱可以用来研究材料的电子结构和光电性质，从而为材料设计和合成提供重要参考。
在环境监测和食品安全领域，时间分辨光谱也可以用来分析和鉴定样品中的化学成分。
稳态光谱是研究物质在静态状态下的光谱特性的方法。
在稳态光谱中，研究者通常测量材料吸收或发射光的强度，并通过分析光谱曲线来研究材料的结构和性质。
稳态光谱包括紫外-可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等。
第二篇示例：时间分辨光谱和稳态光谱是光谱学中两个重要的概念，它们在研究物质的性质和变化过程中扮演着不可替代的角色。
时间分辨光谱是通过观察物质在不同时间点上的光谱变化来研究其动力学过程，而稳态光谱则是在物质处于稳定状态时获得的光谱信息。
本文将从时间分辨光谱和稳态光谱的定义、原理、应用以及未来发展等方面展开讨论，以便更好地了解这两种光谱技术的特点和价值。
让我们来了解一下时间分辨光谱和稳态光谱的基本定义。
时间分辨光谱是一种能够在极短时间尺度内解析物质动力学过程的光谱技术，它能够提供随时间演变的光谱信息，从而揭示了物质的光学、结构和电子性质在不同时间点上的变化。
时间分辨光谱和稳态光谱
时间分辨光谱和稳态光谱全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：时间分辨光谱和稳态光谱是光谱学中两种不同的研究方法，它们在分析物质的光学性质和动力学过程方面有着各自的优势和应用领域。
本文将从理论基础、实验方法、应用领域等方面对时间分辨光谱和稳态光谱进行详细介绍。
一、时间分辨光谱1. 理论基础时间分辨光谱是指通过控制光脉冲的时间分辨率，来研究物质在极短时间内的光学响应过程。
其理论基础是基于光的干涉和干涉光谱原理，利用光脉冲对样品进行激发和探测，从而获得样品在时间上的光学性质信息。
2. 实验方法时间分辨光谱的实验方法一般包括激光系统、样品和检测系统三个部分。
激光系统用于产生具有特定光学参数的光脉冲，样品用于接受光的激发并发生光学响应，检测系统用于记录样品的光学信号。
通过调整激发光和探测光之间的时间延迟，可以得到样品在不同时间点上的光学信号，从而研究样品的动力学过程。
3. 应用领域时间分辨光谱在化学、物理、生物等领域有着广泛的应用。
在化学领域，可以通过时间分辨荧光光谱研究分子的激发和退激发过程，揭示反应的动力学机制；在物理领域，可以通过时间分辨吸收光谱研究半导体材料的载流子动力学过程；在生物领域，可以研究生物分子的光学激发过程，了解生物反应的机制。
二、稳态光谱稳态光谱是指在样品处于平衡状态下，对光的吸收、散射和发射等光学性质进行测量和分析。
其理论基础是基于布琼尼斯关系和量子力学原理，通过研究物质对光的相互作用，揭示物质的结构、组成和光学性质。
总结时间分辨光谱和稳态光谱是两种不同的光谱研究方法，分别适用于研究快速动力学过程和稳态光学性质。
通过时间分辨光谱和稳态光谱的结合应用，可以更全面地了解物质的光学行为，推动光谱学的发展和应用。
希望本文的介绍对时间分辨光谱和稳态光谱的研究有所帮助，欢迎读者深入了解和探讨。
第二篇示例：时间分辨光谱和稳态光谱是现代光谱学中两个重要的概念，它们分别用于研究物质的动力学过程和静态结构。
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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：
相关测量
一、条纹相机
Photocathode: photo electron Acceleration Voltage U: electron to z direction Deflection plate: deflection in y direction Luminescent: get the image
0 3 f
......
这些模式相干震荡，相位耦合，在t时候到达最大时，经过2d/c时也到达最大
声光调制器
透过光强
调制幅度
透过光强幅度
对应下一个腔模频率
如果
增益宽度 模式间隔 输出光强总幅度
对应下一个腔模幅度 震荡模式数量
模式间隔
脉宽
5个模式锁定
15个模式锁定
被动锁模
腔内非线性饱和吸收材料的周期性饱和
窄脉冲激光。
高损耗、低Q值
原理： 抽运过程中Q值低，当反 转粒子数达到最大值时突然提高 Q值，此时增益比降低了的阈值
低损耗、高Q值
高许多，振荡场迅速建立，产生
雪崩过程，受激辐射很快耗尽反
转粒子数。
Q
0 P total Ploss
1，快速转动腔镜，实现Q开关
பைடு நூலகம்
电光效应：电场使晶体的介电张量发生变化，导致折射率
例如
Y 方向偏转速度：1cm/100ps 相机空间分辨率：0.1mm
时间分辨率：1ps
用条纹相机记录的间隔为4ps 的两fs脉冲
二、光学相关仪
探测器线性响应
探测时间常数（响应时间）T
T
两束光相干 脉宽
每个模式具有不同的周期
Fourier 变换
时间常数为T T 的线性探测器信号与脉宽 无关，也就不能给出脉冲 I (t ) 的信息。
如果对光进行二倍频
一阶相关函数 （幅度相关） 二阶相关函数 （强度相关）
干涉自相关 两种方法测脉宽 非平行强度相关
1，干涉自相关
Michel 干涉
非线性晶体
上包络
归一化函数
0 =2
0 =
下包络
2，非平行强度关联
如果两光以角度聚焦到非线性晶体满足一定的相位条件（只有来自两不同光束的双光 子才满足相位条件）。则背景消除，没有干涉信号，只探测到等于脉宽的包络信号。
一、脉冲激光的时间线型
脉冲激发Pp(t)导致脉冲粒子数反转N(t)，从而产生脉冲激光输出PL(t)，但是激光PL(t) 又降低粒子数反转N(t)
Pp(t) N(t) 受激发射激光 PL(t) N(t)
i, k << p 宽脉冲激光 染料激光器
泵浦光上升时间
第一次经过晶体： 折射 透射 第二次M3反射经过晶体： 折射 透射
折射率正比于声波调制幅度
(t ) I s
经过M2, prism反射输出
缺点：在脉冲线性里面，包含2 频率调制信号
举例 脉宽 脉冲重复率
虚线
四、激光器的锁模
自由光谱程
c 2L T 1
模间距（周期）
调Q： 几十几百倍 2L / c
c
3 0.8
10 Hz, T 8 3 fs
14
1
5 1014 Hz,
T 2 fs
1、碰撞脉冲锁模（colliding-pulse mode locking, CPM）
在环形腔中，放大A1和吸收A2点间 距为总长的1/4。两相反方向传播的
光脉冲在吸收A2处叠加。形成相涨
a
双光子泵浦 单光子探测
震荡
自电离
震荡
双光子激发在内拐点，单光子激 发在外拐点（大的FrancCordon系数）。
基态分子 激发态分子 激发态原子 基态原子
泵浦 1 探测 2
R>RC, 对应原子－原子 的跃迁
从激发态分子漏到 基态原子的位置
R<RC, 对应分子－分子跃迁
分子能谱衰减分子经 过Rc时，漏到原子态
2，实时观察分子震荡行为
分子在势阱中震荡为10-13～10-15s,通 常的探测只能探测平均行为
背景
不同线型的脉冲
高斯 方波 单一噪声 连续噪声
没有消除背景
消除背景
自相关宽度
脉宽
频宽
0.883 ?
FROG技术 (Frequency-Resolved Optical Gating Technique)
特色： 测量 3 阶自相关，可测非对称脉冲
Gate光泵浦非线性晶体，控制 probe光的通过相当一个逻辑 gate 的作用
2，利用电光效应调Q
n变化（光率体发生畸变）。
2 n n0 E0 E0
二次(平方)电光效应[Kerr效应] 一次(线性)电光效应[Pockel 效应]
偏振旋转角 P1, P2偏振方向交叉：
a，实验装置图 b，短脉冲图
三、腔倒空
目的： 从CW激光器中产生脉冲序列
原理： 连续运转 (CW) 时Q值高，激光输出小，腔内功率高；突然降低Q 值，腔内储存的能量很快释放，形成脉冲。
Einstein常数
1，相移方法测量寿命
样品
幅度调制频率 （Pockel cell）
激光
荧光 激光 和荧光相对相移
测量平均 有效寿命
相移
调制频率
2，单脉冲激发
时延门控 BOXCAR
通过控制不同脉冲延迟，测量在寿 命时间内的荧光衰减或者吸收
时延符合单光子计数测量寿 命内原子数目衰减
时间幅度转换 荧光 光脉冲 探测光弱单光子 激光脉冲和荧光之间：进行时间幅度转换 （光脉冲start; 荧光stop） 通道上的计数正比与荧光光子数 Channel U(t)时间 Pulse rate 光子计数粒子数
Oscillator:100 fs stretcher;两非平行grating pair对脉宽放大104倍，脉宽为1ns amplifier: 多次经过增益介质，功率放大1010倍 Compressor: 利用grating pair对脉宽压窄104倍，脉宽回复为100fs
第9.2节 超短激光脉冲的测量
第9.3节 用激光测量寿命 测量寿命的用途：
1，通过探测自发辐射寿命和自发辐射光强，探测激发态总的跃迁几率和某具体两能 级间的跃迁几率 2，通过光经过吸收后的衰减，获得粒子数数目 3，获得碰撞几率 碰撞截面
k态n态
B粒子密度 约和质量
平均速度
有效寿命
辐射寿命 气压 k态碰撞截面
探测寿命
光的能量密度
用pump-probe技术探测，利用同一激光，采用 probe光移频，得到感兴趣能级信息。
改变光程差延迟时间
移频
1，探测碰撞驰豫过程
利用激发跃迁探 测S1
单重态S1和三重态 T1碰撞转移
利用激发跃迁探 测T1
将S0态泵浦到 S1态
利用自发辐射和受激 辐射研究S1
碰撞驰豫过程
2，飞秒跃迁动力学行为
原理（起伏模型）： 自发辐射（光强无规起伏）非线性饱和效应吸收材料对弱的 吸收大对强的吸收小 产生周期脉冲 (<ps)
脉宽 线宽
吸收材料
用锁模激光做同步泵浦
L1
用脉冲激光器L1去泵浦另一激光器L2，
L2
激光器L1的脉冲重复间隔 激光器L2的脉冲重复间隔
T 2d 2 / c
d1 d 2
T 腔倒空： 2L / c
目的： 获得更窄更强的激光脉冲
锁模：
2L / mc (m为模数)
原理： 在一般的脉冲或调Q激光器中，各振荡纵模独立输出能量，模之间
的位相关系不固定，输出为功率相加(mP)。锁模是使各振荡模满足频域相 干叠加条件：（1）模间隔一定；（2）相对位相固定。这样多纵模在腔内 时间相干、振幅叠加，使得总功率出现时间上相对集中短脉冲(ps)。
超快现象
激发态的消激发；
非平衡态向热平衡态的弛豫； 分子预解离； 飞秒化学； 视觉过程；