飞秒瞬态吸收光谱系统是基于泵浦 - 探测技术的超快光谱设备,核心功能是捕捉物质受光激发后飞秒(10?¹?s)至纳秒(10??s)量级的瞬态物种演化与激发态动力学过程,其工作原理围绕 “激发 - 延迟 - 探测 - 解析” 四步展开。系统的光源为一台飞秒激光器,输出的超短脉冲激光经分束器分为两束功能不同的激光:泵浦光能量较高,用于将样品从基态激发至高能激发态,促使样品产生瞬态物种(如激发态分子、自由基、载流子等);探测光能量极弱,不会干扰样品的激发态状态,仅作为 “探针” 检测样品的吸收特性变化。
两束光的时序控制是原理的核心,依靠光学延迟线实现。延迟线通过精确移动反射镜调整探测光的光程,从而控制两束光到达样品的时间差。延迟时间可从 0 fs 连续扫描至微秒级,以此实现对激发后不同时刻样品状态的 “动态快照”。
当泵浦光和探测光共线聚焦于样品后,探测器会分别记录泵浦光开启和关闭时探测光穿过样品的光强。通过计算两者的吸收差值(ΔA=A 泵浦 - A 无泵浦),得到瞬态吸收信号:ΔA>0 代表瞬态物种的吸收,ΔA<0 则对应基态漂白或受激发射。
最后,通过同步扫描探测光的波长和延迟时间,系统会生成时间 - 波长二维瞬态吸收图谱。研究人员可从图谱中提取关键动力学参数,如激发态寿命、电荷转移速率、中间产物的特征吸收峰等,进而解析物质的超快光物理与光化学过程。
该原理的核心优势在于以飞秒级时间分辨率 “冻结” 超快反应过程,为光催化、有机光电、生物光子学等领域的微观机制研究提供直接依据。