论文部分内容阅读
超快时间分辨荧光光谱技术是研究激发态能量转递与电子转移的重要手段。目前主流的超高时间分辨荧光探测手段包括条纹相机技术、荧光上转换技术、光克尔门技术和荧光非共线光学参量放大技术。这些技术各具优势又都存在着自身的制约条件。 我组近年来一直致力于荧光非共线光学参量放大技术的发展工作。这种方法的优势在于其时间分辨极限接近飞秒激光脉冲宽度，同时可放大的光谱范围在可见光波段超过100 nm。其发展的限制因素在于超强的泵浦光泵浦非线性晶体放大种子荧光的同时，真空中的量子噪声也被放大形成很强的参量超荧光环，荧光环与放大的荧光在时间和空间上均无法分开，造成利用这种方法探测的时间分辨荧光数据有很强的背景噪声干扰。本文从提高非共线光参量放大效率和利用多通道并行锁相放大技术压制超荧光背景噪声两方面介绍了系统的改进工作。利用改进后的系统我们测试并分析了罗丹明6G和叶绿素a的时间分辨荧光数据。 首先，本文介绍了我组在寻找效率更高的非共线光参量放大晶体方面的尝试。我们给出了双轴晶体用于非共线光参量放大实验时相位匹配角、走离长度、有效非线性系数的详细求解方法，这在以往的文献中不曾给出。 随后详细介绍了32通路光纤接口并行数字锁相放大光谱仪和46通路硅光电二极管阵列接口并行数字锁相放大光谱仪的开发调试过程。给出了谱仪波长校准和强度较准的具体参数。多通路并行锁相放大光谱仪的使用有效抑制了非共线光参量荧光放大实验的背景噪声，提高了仪器的探测极限。 接下来两章介绍了改进后的飞秒时间分辨单光子荧光放大装置的应用。引入多通路并行锁相放大光谱仪后我们首次探测到了浓度低至10-5 M的罗丹明6G乙醇溶液的时间分辨荧光数据。溶剂化效应导致的10 ps以内的光谱蓝移和高浓度样品所特有的发生在30 ps以后的光谱红移被清楚地记录下来。对比不同浓度样品的荧光，我们得出结论:高浓度样品光谱红移的原因是在浓度高于7.5×10-4 M时色素分子相互作用形成了具有弱相互作用的分子对(束缚能为1.8 kT)。 最后一部分为叶绿素a乙醇溶液的时间分辨荧光和400 nm泵浦红外探测实验数据介绍。不同于罗丹明6G溶液，高浓度叶绿素a溶液在溶剂化过程之后发生了明显的光谱蓝移。利用奇异值分解结合全局拟合的方法拆分数据可以得到快速衰减的红区组分和随之出现的长寿命蓝区组分。由快速衰减组分寿命随溶液浓度线性变化的斜率可以推得激基复合物形成的二阶反应速率。我们认为溶液光谱蓝移是由激基复合物中两分子同向面对面排布引起的。 多通路并行锁相放大光谱仪用于荧光非共线光学参量放大系统实现了飞秒时间分辨荧光的宽光谱无背景测量。我们相信改进后的荧光非共线光参量放大系统一定可以得到进一步的推广与应用。