我國*飛秒時間分辨近場光學(xué)系統(tǒng)成功實現(xiàn)
更新時間：2013-05-31 點擊次數(shù)：1856次
我國*飛秒時間分辨近場光學(xué)系統(tǒng)成功實現(xiàn)
近年來，隨著飛秒脈沖激光技術(shù)的發(fā)展，飛秒時間分辨光譜技術(shù)在納米材料的載流子弛豫動力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、光合作用超快過程等研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中很多研究對象的超快動力學(xué)性質(zhì)具有高度空間依賴性，如納米材料、量子線、量子點以及光合系統(tǒng)捕光色素復(fù)合物等。由于普通的遠(yuǎn)場飛秒光譜技術(shù)受到衍射極限的限制，無法對納米結(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，而近年來發(fā)展的掃描近場光學(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》上，發(fā)表了題為“飛秒時間分辨近場光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)及其應(yīng)用”的論文。這是國內(nèi)*實現(xiàn)飛秒光脈沖和近場光學(xué)顯微鏡相結(jié)合，成功實現(xiàn)了三維空間加一維時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。
該論文作者在實驗技術(shù)和方法上具有創(chuàng)新性，他們實現(xiàn)飛秒光脈沖和近場光學(xué)顯微鏡相結(jié)合，成功實現(xiàn)了飛秒時間分辨近場光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過高頻聲光調(diào)制和差頻鎖相探測，極大提高了信噪比并消除了抽運(yùn)、探測光本底信號，從而在收集模式下測得了飛秒時間分辨的透射光微弱信號變化。同時獲得了80nm的空間分辨和小于200fs的時間分辨測量。利用該實驗系統(tǒng)，研究了金納米結(jié)構(gòu)的熱電子弛豫動力學(xué)過程，觀察到了不同位置間熱電子弛豫動力學(xué)的差異。
飛秒時間
物理學(xué)上兩個重要的尺度：空間尺度和時間尺度，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。在時間尺度上，電子技術(shù)只能分辨皮秒（10的負(fù)12次方）量級的物理過程，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。目前能夠探測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間尺子，測量飛秒量級的超快物理學(xué)過程。為了測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，為了獲得納米量級的光學(xué)空間分辨，必須用近年來的近場光學(xué)顯微鏡。
研究目的
其研究主題是將飛秒激光的高時間分辨為近場光學(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力學(xué)過程的飛秒近場光學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)的難點有兩個：一是飛秒激發(fā)和近場光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合后，其信號非常弱，往往淹滅在噪聲當(dāng)中，無法測探；二是飛秒激光脈沖經(jīng)過近場光學(xué)系統(tǒng)的光纖探針后，被展寬成皮秒脈沖，使時間分辨降低。經(jīng)過兩年的努力，我們成功解決了上述兩個難點，實現(xiàn)了國內(nèi)*飛秒近場光學(xué)系統(tǒng)，達(dá)到先進(jìn)水平，時間分辨達(dá)到170飛秒，空間分辨率達(dá)到80納米。在上，只有瑞典、日本等幾個研究小組實現(xiàn)了飛秒近場光學(xué)系統(tǒng)。
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