[拼音]：pimiao shijian fenbian guangpuxue

[外文]：picosecond time resolved spectroscopy

由于锁模激光器技术的发展，时间分辨光谱学已可以达到皮(10-12)秒的时间分辨率。从这种时间尺度内所作的光谱学的测量中，可以导出有关超快速过程的大量新知识，其中包括分子与点阵的振动弛豫，无辐射的电子跃迁，溶液中分子取向的弛豫，质子转移反应，光生物学中的基本过程等。这些问题的研究在皮秒激光技术问世之前是几乎无从下手的。

产生皮秒激光脉冲的方法经常使用由两个反射镜组成的腔。反射镜之一是全反射的；另一个则反射50％左右的光。激光媒质，例如具有布儒斯特角的钕玻璃棒就放在这两个反射镜之间。如果在腔里面再放置一个装有饱和吸收剂（往往是有机染料）的盒子时，则可以发生激光器的锁模效应；当腔里面的激光强度足够高时，饱和吸收剂便会脱色，并能在极短促的时间内又恢复原状；这样，激光受到了调制，其结果便产生了一串极为短促的激光脉冲，各相邻的脉冲的时间间隔取决于腔的长度，一般为几纳(10-9)秒，而每个脉冲的持续时间等于或者小于饱和吸收剂的复原时间；不同饱和吸收剂所产生的脉冲的持续时间大约在10-10～10-14秒之间。

在许多这一类的实验中，都是从这一串脉冲中抽取出一个脉冲，并加以放大。在锁模的钕玻璃激光器的情况中，它的输出波长1.06μm并不能用来激发大多数分子，而是利用它的各次谐波的波长，如二次谐波的波长530nm，三次谐波的波长350nm，四次谐波的波长265nm。利用锁模的掺钕钇铝石榴石激光或氩离子激光同步泵浦染料激光器，还可获得可调谐的皮秒激光脉冲输出。

皮秒时间分辨光谱学可以区别为吸收光谱学和发射光谱学两类。

在皮秒时间分辨的吸收光谱学中，需要有宽阔的连续带作为背景。但是，这种连续带不像寻常吸收光谱中所应用的那种连续带，而是必须具有皮秒级的脉冲持续时间。产生这种宽阔的连续带的方法是把强的皮秒激光脉冲聚焦在某些固体或液体上，而液体（如水、重水、己烷、辛烷等）优于固体，因为液体产生的连续带的强度高，脉冲持续时间短。利用这种连续带作为背景便可得到所研究物质的皮秒吸收光谱。当通过阶梯光栅之后，连续带提供出两种类型的信息：时间的信息和光谱的信息。分析这种信息的较好手段是利用条纹照相机和光学多道分析仪。这种手段可以把皮秒吸收光谱变为三维的显示，即波长(x轴)，时间(y轴)和强度（z轴）的三维图。

皮秒吸收光谱学在光化学及光生物学中有很重要的用途，是研究化学大分子与生物学大分子动力学的有力工具。一个例子是光合作用的研究，虽然这种研究早在20世纪30年代就开始了，但一直进展不大。近年来，利用皮秒吸收光谱学技术在这方面取得了明显成果；其中之一是为细菌叶绿素循环的光感生氧化过程建立起新的合理模型。这些研究使人们对光合作用有了进一步的理解。

当分子受到皮秒激光脉冲的激发之后，一般来说，能发射辐射而形成发射光谱。研究皮秒发射光谱有两个主要目的。

（1）因为物质内部的无辐射过程可以把有关能级的寿命减少到皮秒或亚皮秒的量级，因而在这种情况下，利用皮秒光谱技术?a 223/306724.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>粗苯硬饬糠⑸涞乃ゼ酰梢曰竦酶髦挚焖俚奈薹湓厩ü绦灾实闹丁９ィ际抢糜獾牧孔硬钭柿侠捶治鲆鸱⑸渌ゼ醯奈薹涔痰摹５遣畹拇笮∫览涤诜渌ゼ跛俾室惨览涤诜欠渌ゼ跛俾省Ｔ谟獾牟畹淖柿现校饬街止袒煸谝黄鹆恕Ｕ庋臀薹ㄈ范芗妒倜醵痰闹闭颉Ｆっ敕⑸涔馄籽Ъ际跄芄怀槿〕鏊饬康挠馑ゼ跚叩男巫矗佣梢远康厝范ㄋ醵棠芗妒倜幕怼?/p>

（2）研究多种类型的非指数的衰减。关于这种衰减的原因，近年来通过皮秒发射光谱技术已有了进一步的理解，其原因可以是量子干涉效应也可能是各种瞬态过程的叠加。粗略地说，前者的含义是在利用频率极窄的激光脉冲来激发一群分子时，它们的初始相因子基本上都相等，但因为与周围环境发生作用，在时间过程中会发生相的变化。这种“消相”过程会引起非指数的衰减。后者的含义是由于各发射分子所处的环境各不相同，因而它们的衰减速率也有所不同。这些不同的衰减的叠加也会引起非指数的衰减。非指数的衰减的研究对于了解生物学大分子在各种条件下的弛豫现象是大有帮助的。

皮秒发射光谱学的实验技术基本上同皮秒吸收光谱学相似。利用由锁模钕玻璃激光器输出中的单个脉冲，加以倍频并放大后来激发所研究的物质，并以超快条纹照相机及光学多道分析仪来控测分析发射信号。近来发展的皮秒荧光退偏技术可以用来控制化学反应，研究易弯曲分子在溶液中的变形以及这种变形同化学反应性质之间的联系等。

由于皮秒激光技术的发展，皮秒时间分辨光谱学也随着发展。其中主要的有两方面：一个方面是利用新的技术可以得到时间宽度更短的激光脉冲；例如应用光学压缩技术得到的激光脉冲的持续时间为30飞秒(3×10-14秒）。这是迄今得到的时间最短的激光脉冲。另一个方面是应用半导体二极管激光器把超短激光脉冲的波长向中红外区域伸展并且重复速率很高。这些发展将为时间分辨光谱学开拓新的研究内容，从而有可能使人们对自然界本质的认识将更加深入。

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