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我國(guó)*飛秒時(shí)間分辨近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)
更新時(shí)間:2013-05-31   點(diǎn)擊次數(shù):1227次

我國(guó)*飛秒時(shí)間分辨近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn) 
         近年來(lái),隨著飛秒脈沖激光技術(shù)的發(fā)展,飛秒時(shí)間分辨光譜技術(shù)在納米材料的載流子弛豫動(dòng)力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、光合作用超快過(guò)程等研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中很多研究對(duì)象的超快動(dòng)力學(xué)性質(zhì)具有高度空間依賴(lài)性,如納米材料、量子線(xiàn)、量子點(diǎn)以及光合系統(tǒng)捕光色素復(fù)合物等。由于普通的遠(yuǎn)場(chǎng)飛秒光譜技術(shù)受到衍射極限的限制,無(wú)法對(duì)納米結(jié)構(gòu)的非均一性所造成的精細(xì)結(jié)構(gòu)加以分析,因此有必要在突破光學(xué)衍射極限的尺度上進(jìn)行探測(cè),而近年來(lái)發(fā)展的掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM)可以滿(mǎn)足上述這一要求。

  北京大學(xué)物理學(xué)院張家森教授 等人在今年6月出版的《物理學(xué)報(bào)》上,發(fā)表了題為“飛秒時(shí)間分辨近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用”的論文。這是國(guó)內(nèi)*實(shí)現(xiàn)飛秒光脈沖和近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡相結(jié)合,成功實(shí)現(xiàn)了三維空間加一維時(shí)間的四維高分辨光譜,從而為研究介觀尺度下的超快物理過(guò)程提供了有力的工具。

  該論文作者在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法上具有創(chuàng)新性,他們實(shí)現(xiàn)飛秒光脈沖和近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡相結(jié)合,成功實(shí)現(xiàn)了飛秒時(shí)間分辨近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)高頻聲光調(diào)制和差頻鎖相探測(cè),極大提高了信噪比并消除了抽運(yùn)、探測(cè)光本底信號(hào),從而在收集模式下測(cè)得了飛秒時(shí)間分辨的透射光微弱信號(hào)變化。同時(shí)獲得了80nm的空間分辨和小于200fs的時(shí)間分辨測(cè)量。利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了金納米結(jié)構(gòu)的熱電子弛豫動(dòng)力學(xué)過(guò)程,觀察到了不同位置間熱電子弛豫動(dòng)力學(xué)的差異。

  飛秒時(shí)間

  物理學(xué)上兩個(gè)重要的尺度:空間尺度和時(shí)間尺度,由于納米科技的發(fā)展,人們已經(jīng)能研究納米尺度甚至亞納米尺度的物理過(guò)程。在時(shí)間尺度上,電子技術(shù)只能分辨皮秒(10的負(fù)12次方)量級(jí)的物理過(guò)程,而很多重要的過(guò)程,如化學(xué)反應(yīng)及光合作用等,往往發(fā)生在飛秒(10的負(fù)15次方)量級(jí)。目前能夠探測(cè)飛秒物理過(guò)程的反應(yīng)是利用光學(xué)反應(yīng),利用飛秒光脈沖作為時(shí)間尺子,測(cè)量飛秒量級(jí)的超快物理學(xué)過(guò)程。為了測(cè)量納米尺度的超快物理過(guò)程,必須用光學(xué)反應(yīng),但普通光學(xué)顯微鏡的空間分辨率只能達(dá)到微米到亞微米,為了獲得納米量級(jí)的光學(xué)空間分辨,必須用近年來(lái)的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡。

  研究目的

  其研究主題是將飛秒激光的高時(shí)間分辨為近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的高空間分辨結(jié)合起來(lái),獲得能夠研究納米尺度的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程的飛秒近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)的難點(diǎn)有兩個(gè):一是飛秒激發(fā)和近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合后,其信號(hào)非常弱,往往淹滅在噪聲當(dāng)中,無(wú)法測(cè)探;二是飛秒激光脈沖經(jīng)過(guò)近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的光纖探針后,被展寬成皮秒脈沖,使時(shí)間分辨降低。經(jīng)過(guò)兩年的努力,我們成功解決了上述兩個(gè)難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)*飛秒近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng),達(dá)到先進(jìn)水平,時(shí)間分辨達(dá)到170飛秒,空間分辨率達(dá)到80納米。在上,只有瑞典、日本等幾個(gè)研究小組實(shí)現(xiàn)了飛秒近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。

 

 

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