飛秒瞬態(tài)吸收光譜儀是一種用于研究超快光物理與光化學(xué)過程的時間分辨光譜工具。其核心在于利用飛秒激光脈沖，探測物質(zhì)在光激發(fā)后其吸收特性隨時間的變化，從而揭示能量轉(zhuǎn)移、電荷分離、振動弛豫、異構(gòu)化等瞬態(tài)動力學(xué)的微觀信息。 一、基本原理
該技術(shù)基于泵浦-探測原理。一束高能量的飛秒激光脈沖被用來激發(fā)樣品，將分子或材料從基態(tài)提升到激發(fā)態(tài)。在泵浦光作用后的不同時間延遲點，另一束弱得多的飛秒寬譜白光脈沖穿過被激發(fā)的樣品區(qū)域。探測光的光譜強度變化反映了樣品在激發(fā)后瞬態(tài)吸收特性的改變。
探測光在通過樣品前后，其光譜強度會被飛秒瞬態(tài)吸收光譜儀分別記錄。通過比較，可以得到樣品在特定時間延遲點的瞬態(tài)吸收光譜，其信號通常表示為吸光度變化。正的信號表示受激發(fā)樣品對特定波長光的吸收增加，這常對應(yīng)于激發(fā)態(tài)吸收或受激輻射；負(fù)的信號則表示吸收減少，通常源于基態(tài)漂白或受激發(fā)射。
通過精確控制泵浦光與探測光之間的光學(xué)路徑差，可以連續(xù)改變兩束光到達(dá)樣品的時間延遲。掃描這個延遲時間，并在每個延遲點記錄完整的瞬態(tài)吸收光譜，即可獲得一系列隨時間演化的光譜數(shù)據(jù)，從而重構(gòu)出光激發(fā)后各種瞬態(tài)物種的生成、演化與衰減動力學(xué)。
二、技術(shù)特點
較高的時間分辨率：其時間分辨率主要取決于激光脈沖的寬度以及探測光與泵浦光之間的時間同步精度。這使其能夠直接觀測到發(fā)生在皮秒至飛秒時間尺度的超快過程。
寬光譜探測范圍：探測光通常是覆蓋紫外、可見到近紅外波段的連續(xù)譜白光。這使得單次測量就能獲取寬波長范圍內(nèi)的瞬態(tài)光譜信息，有助于同時識別多種瞬態(tài)物種并研究其光譜演變關(guān)系。
高靈敏度與差分測量：采用鎖相放大等技術(shù)，通過精確測量由泵浦光引起的、微弱的探測光強度變化，可以有效抑制噪聲，提取微弱信號。差分測量的方式也降低了對強背景信號的依賴。
提供多維信息：測量結(jié)果是一個隨時間延遲和探測波長變化的二維數(shù)據(jù)集。從中不僅可以提取特定波長下的動力學(xué)曲線，分析不同過程的時間常數(shù)；還可以分析特定時間點的完整瞬態(tài)光譜，鑒別不同瞬態(tài)物種的光譜特征及其隨時間的變化，從而獲得動力學(xué)的微觀機理。
對復(fù)雜體系的應(yīng)用能力：該技術(shù)適用于溶液、薄膜、界面、納米材料乃至生物體系等多種樣品形態(tài)。通過調(diào)節(jié)泵浦光的波長、偏振等參數(shù)，可以有針對性地研究特定的激發(fā)通道或取向選擇的過程。
飛秒瞬態(tài)吸收光譜儀結(jié)合了超快激光技術(shù)、精密光學(xué)控制與靈敏的光譜探測。其泵浦-探測原理提供了研究超快動力學(xué)的直接手段，而其飛秒級時間分辨率、寬光譜覆蓋與高探測靈敏度的技術(shù)特點，使其成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)及生命科學(xué)等領(lǐng)域中，探索光與物質(zhì)相互作用后初始及后續(xù)瞬態(tài)過程的強大工具。
