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)
點(diǎn)擊次數(shù)：1415 發(fā)布時(shí)間：2013-5-31
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，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)具有高度空間依賴性，如納米材料、量子線、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)，而近年來發(fā)展的掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（SNOM）可以滿足上述這一要求。
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)的物理過程，而很多重要的過程，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)過程。為了測(cè)量納米尺度的超快物理過程，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，獲得能夠研究納米尺度的超快動(dòng)力學(xué)過程的飛秒近場(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，無法測(cè)探；二是飛秒激光脈沖經(jīng)過近場(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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