双光子吸收截面

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2019/10/26
双光子诱导荧光法（上转换荧光法）
可以有效排除其它非线性效应所产生的影 响，准确地测量介质真实的双光子吸收截面：
入射光强和溶源自文库浓度比非线性透过率法分别低 1和3个数量级，相对于双光子吸收来说，其它 非线性效应的贡献被大大减小。
利用单色仪可以把双光子诱导荧光和其它非线 性产生的效应区分开来。
通过改变入射光强的强度， 得到随入射光强变化的非 线性透过率。用公式对实 验中获得的随入射光强变 化的非线性透过率数据进 行拟合，求得非线性介质
的双光子吸收系数β，并
可进一步求得双光子吸收
截面δ。
TN

1n1 I0L
I 0 L
TN
1
1 I0L
←均匀光束
TN
1n1 I0L
dI I 2 式中：
dz


2 0c2n2
3
通常，双光子吸收的强弱用双光子吸收截面
δ来表示：
h Nc
Nc为单位体积的分子数
测量双光子吸收截面的方法
非线性透过率法 Z-扫描方法 双光子诱导荧光法（上转换荧光法） 双光子瞬态吸收光谱法
非线性透过率法
谢谢大家！
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2019/10/26

c1 c2
1：标准样品 2：待测样品 F：双光子诱导荧光强度 φ：荧光量子效率 c：样品浓度 L：样品通光长度 N：荧光团数密度 K：无量纲常数
双光子诱导荧光法（上转换荧光法）
准确度高，但是必须首先测出样品的荧光量子 效率，准确度很大程度上依赖于所选择标准样 品。
对实验光学装置要求较高。尤其对荧光收集系 统，必须保证两次测量荧光时的荧光收集效率 是相同的。
由于荧光强度和激发强度之间为平方关系，根 据其偏离程度，可以进一步减小激发光强，以 避免这些效应对测量双光子吸收的影响。
双光子诱导荧光法（上转换荧光法）
比较待测样品和标准样品（具有已知δ）的双光子诱 导荧光，求得待测样品的δ。
F K N LI 2
2
2

1
F2 F1
1 2
来求得待测样品的δ。
双光子瞬态吸收光谱法
根据以下公式可得到待 测样品的双光子吸收截 面：
2

1
A2 A1

ex 1
ex 2

gr 1


gr 2

c1 c2
1：标准样品 2：待测样品 ΔA：双光子激发下瞬态吸收为最
大的波长λmax处的吸收变化值 c：样品浓度 σ： λmax处单光子吸收截面
Z-扫描方法
灵敏度高，单光束测量 缺点与非线性透过率法类似。
双光子诱导荧光法（上转换荧光法）
对于很多有机染料分子，双光子吸收后将伴随 着荧光辐射过程，其荧光发射波长比激发光的波 长短，并且荧光强度与激发光强度之间的依赖关 系为平方关系。通过测量介质的双光子诱导荧光， 也可以得到双光子吸收截面值。
关于双光子吸收截面的几种测量方法
双光子吸收
当光束通过非线性介质 时，介质同时从光束中 吸收两个光子来激发物 质系统，引起光束的衰 减。
一种三阶非线性效应过 程，可以出现在具有对 称中心的晶体和各项同 性介质中。
E2
2
1 E1
当两束光的频率相同或者只有光强为I的一
束光在介质中传播时，双光子吸收过程的表 达式为：
难以测出非荧光材料的双光子吸收截面。
双光子瞬态吸收光谱法
由激发态泵浦-探测瞬 态吸收光谱法发展而来， 是唯一能精确测出非荧 光材料双光子吸收截面 的方法。
能将直接的双光子吸收 和通过中间实能级实现 的连续分布吸收区分开 来。
和双光子诱导荧光法类 似，该方法也是通过比 较待测样品和已知双光 子吸收截面的标准样品
I 0 L
←高斯光束
h Nc
非线性透过率法
优点：实验装置简单，测量方便，处理数据容易。
缺点： （1）待测介质浓度高时，线性吸收会比较大。 （2）入射光强度很高时，其它机制的吸收会对非
线性吸收过程有贡献。 （3）当受激辐射、放大自发辐射、光散射等过程
有重要影响时，δ比实际值偏小；当激发态吸收 等过程有重要影响时，δ比实际值偏大。