飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱
时间分辨荧光光谱技术是研究激发态弛豫、能量传递以及电荷转移等光化学过程的重要且直接的工具。飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术是一种新发展的具有高时间分辨率、宽探测带宽、高增益的时间分辨光谱技术。
原理：光在介质中传播时，由于光波电场的作用，介质内将会产生一定的极化强度，其中包含有线性项和非线性项。光学参量放大（OPA，optical parametric amplification）便属于二阶的非线性效应。其基本过程就是在适当的非线性晶体内，一束高频高能量的泵浦光（pump），对一束低频低能量的信号光（signal）进行放大，同时产生第三束闲频光（idler）。OPA过程中信号光所获得的增益是由非线性介质中三束光波之间的相互耦合而产生的，并且在整个过程中要遵守能量守恒（ωp=ωs+ωi）以及动量守恒关系（kp=ks+ki）。其中，ωp，ωs和ωi分别代表信号光、闲频光和泵浦光的频率；kp，ks和ki分别为信号光、闲频光和泵浦光的波矢。kp=ks+ki也表示OPA需要满足的相位匹配条件。在飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术中，样品辐射的荧光作为信号光，高频高能量的泵浦光作为光门脉冲，对落在其门内的荧光光子进行能量放大，从而实现时间分辨功能。研究发现，利用非共线相位匹配的方法可以有效加宽OPA的增益带宽，因此在这种光谱技术中，泵浦光和荧光采用非共线相位匹配的形式，如图所示。泵浦光、信号光以及闲频光在BBO晶体内以特定的角度混合在一起，可以保证在较宽的光谱范围内满足能量守恒和动量守恒关系。
配置：飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术和通常所用的非共线光参量放大器的结构相似，主要的区别在于该技术以样品产生的荧光作为种子光，系统的基本构成如图所示。
应用：自2006年以来，我们研究小组利用飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术，先后对染料分子、无机半导体纳米带、光合模拟体系、海藻光合蛋白以及有机半导体纳米线进行了时间分辨荧光光谱分析。在这些实验研究中，该技术所具有高时间分辨率、高增益、宽探测的特点为准确的实验分析提供了有力的帮助。
科研进展：
【2015】相干焉否单光子？成败荣辱一噪声—飞秒时间分辨荧光光谱新方法取得新进展
文章与专利：
Appl. Phys. Lett. 89, 061127 (2006)
J. Opt. Soc. Am. B, 24, 1633 (2007)
J. Opt. Soc. Am. B, 25, 1627 (2008)
Appl. Phys. Lett., 92, 151109 (2008)
Appl. Phys. Lett., 92, 032102 (2008)
J. Opt. Soc. Am. B, 26, 1627 (2009）
J. Am. Chem. Soc., 131, 30 (2009)
Chin. J. Chem. Phys., 24, 253 (2011)
Photosynth. Res., 111, 81 (2012)
Rev. of Sci. Instru., 84, 073105 (2013)
Rev. of Sci. Instru., 86, 123113 (2015)
ZL 2012 1 0202027.X
ZL 2014 1 0229765.2
ZL 2016 1 0101634.5