瞬態(tài)吸收光譜

光參量放大器

瞬態(tài)光譜儀包括機(jī)械光學(xué)延遲產(chǎn)生平臺(tái)、鈦寶石窗口、斬波器和檢測(cè)器等，其中檢測(cè)器由單色儀和CMOS相機(jī)組成。

一束飛秒脈沖激光被分束片分成兩束，其中，能量較強(qiáng)的一束作為泵浦光照射待測(cè)樣品，使得待測(cè)樣品的基態(tài)分子被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，用另一束能量較弱的飛秒脈沖激光與特定物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生超連續(xù)白光，作為探測(cè)光去照射待測(cè)樣品，通過(guò)調(diào)控電動(dòng)的數(shù)控平移臺(tái)，使泵浦光和探測(cè)光存在一定的延時(shí)，使兩束光照射到待測(cè)樣品的時(shí)間不一樣，分別測(cè)量有泵浦光照射時(shí)和沒(méi)有泵浦光照射時(shí)待測(cè)樣品對(duì)探測(cè)光的吸收情況，就可以得到樣品的差分吸收譜。

隨著泵浦光和探測(cè)光之間延時(shí)的連續(xù)變化，接收到的透過(guò)待測(cè)樣品的探測(cè)光的信號(hào)強(qiáng)弱會(huì)隨之變化，這說(shuō)明在激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)發(fā)生了變化，這樣，我們就得到了待測(cè)樣品的激發(fā)態(tài)衰退動(dòng)力學(xué)信息。

數(shù)據(jù)處理

通常激子壽命及躍遷速率可由對(duì)單檢測(cè)波長(zhǎng)處吸收差值與延遲時(shí)間的指數(shù)函數(shù)擬合或?qū)θS圖進(jìn)行基于特定模型的全局擬合得出。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常由多指數(shù)函數(shù)衰減解卷積擬合而得，擬合過(guò)程中考慮儀器響應(yīng)函數(shù)(IRF:B(t-t₀),t₀ 為中點(diǎn)坐標(biāo)）。

DA(t) 是延遲時(shí)間t對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)吸收差值，DA_i;是衰減時(shí)間參量ti的振幅，DA₀是長(zhǎng)衰減時(shí)間組分的相對(duì)偏移，而儀器響應(yīng)函數(shù)是由高斯公式擬合的最大值的半寬高所得。

近年來(lái)基于三維數(shù)據(jù)的全局?jǐn)M合變得更加炙手可熱，因?yàn)槿謹(jǐn)M合可以清楚分離出不同來(lái)源的激發(fā)態(tài)吸收譜圖和相對(duì)應(yīng)不同能級(jí)的壽命，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，此外，每年基于全局?jǐn)M合的軟件開(kāi)發(fā)也都在推陳出新。

應(yīng)用

飛秒瞬態(tài)吸收光譜是一種最常見(jiàn)的時(shí)間分辨光譜，通過(guò)對(duì)飛秒瞬態(tài)吸收光譜的分析，我們能夠得到基態(tài)漂白、受激發(fā)射和激發(fā)態(tài)吸收等豐富的光物理信息，能反映出處于激發(fā)態(tài)的樣品后續(xù)的光物理和光化學(xué)馳豫過(guò)程，同時(shí)也能夠反映同能態(tài)粒子數(shù)隨延遲時(shí)間的變化。因此，飛秒瞬態(tài)吸收光譜是研究物質(zhì)激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)等光物理特性的重要手段，廣泛應(yīng)用于功能材料的光物理過(guò)程的探測(cè)研究。

瞬態(tài)吸收對(duì)于研究染料敏化太陽(yáng)能電池、非線(xiàn)性光吸收、半導(dǎo)體材料的載流子遷移、單碳納米管的自由載流子、有機(jī)光電材料的基本機(jī)理有著不可替代的作用。

瞬態(tài)吸收在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體微納體系中的應(yīng)用

無(wú)機(jī)半導(dǎo)體微納體系發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)從單一的形貌性能研究過(guò)渡到機(jī)理和原理研究的層面，因此采取瞬態(tài)吸收光譜的方法去仔細(xì)研究半導(dǎo)體吸收光后的能量轉(zhuǎn)移和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程，對(duì)于我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)和提高材料的性能意義重大。以光催化體系為例。在半導(dǎo)體光催化材料體相吸收光子之后會(huì)很快的形成電子-空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)之后會(huì)解離成自由的電子和空穴然后運(yùn)動(dòng)到半導(dǎo)體的表面發(fā)生各種氧化還原反應(yīng)。

在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，很多電子和空穴出現(xiàn)了復(fù)合，大大降低了載流子的利用效率。因此在設(shè)計(jì)材料時(shí)，載流子的弛豫過(guò)程、捕獲過(guò)程、轉(zhuǎn)移過(guò)程和復(fù)合過(guò)程對(duì)于材料的性能發(fā)揮起了至關(guān)重要的作用。為了提高材料的光催化性能，我們一方面要盡量減少電子空穴對(duì)的復(fù)合，另一方面也要加快電子空穴對(duì)的轉(zhuǎn)移過(guò)程。由于半導(dǎo)體內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移或能量轉(zhuǎn)移一般都在飛秒和皮秒量級(jí)，因此采用飛秒超快光譜來(lái)實(shí)時(shí)研究半導(dǎo)體的載流子弛豫過(guò)程是目前為止最好的手段之一。

參考文獻(xiàn)：

陳宗威. 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化微納體系的飛秒瞬態(tài)吸收光譜研究[D]. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2017.