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皮秒激光化学技术

时间：2011-12-31 22:27:12  来源： 打印本文

皮秒激光化学技术

2005/5/27/9:2    用皮秒（10-12秒）级脉冲激光技术研究光化学反应动态学的化学分支学科。光化学反应总是和激发态联系在一起的，激发态的寿命都很短，很快就衰变到基态，因此，光化学过程都是速度极快的过程，与此同时还常常伴随许多光物理过程，弄清光物理过程对于全面认识光化学反应也是非常必要的。在液相中，很多光物理和光化学过程是在小于10-8秒的时间内完成的，例如，顺-反异构体的同构化、电荷转移、质子转移、激发态的辐射跃迁、激发态分子的碰撞解离等过程。欲观察这些过程，就必须用皮秒激光脉冲。1966年第一次用锁膜激光器获得了皮秒超短脉冲，皮秒光化学也就随之诞生。

    皮秒脉冲有两个特点：①脉宽只有10-12秒。②脉冲功率高。前者能直接研究大部分瞬态基元反应，后者使许多过去无法实现的对极微弱的高阶非线性现象的观察成为现实。皮秒脉冲激光的作用有：①用来泵浦反应物分子，使其从基态激发到激发态。②用来作探测手段，探测激发态或其他中间物的瞬态行为，测定它们的结构，为此需要采用双激光脉冲，即泵浦激光脉冲和探测激光脉冲。两个脉冲的时间间隔应准确地加以控制，通常用光学延迟的办法，实现同一激光脉冲两用的目的。

    最初，皮秒脉冲在化学上的应用是研究溶液中染料分子激发态的寿命和弛豫过程，利用双皮秒脉冲激发，并检测其荧光，实时地观察激发态行为。近年来，在化学动态学研究中，将皮秒脉冲与射流技术（分子束技术）结合起来，研究单分子反应动力学。一个化学反应过程包含着许多基元反应，搞清楚这些基元反应对于宏观化学反应动力学机理研究具有十分重要的意义。

    用皮秒激光脉冲研究顺  、反式1，2-二苯乙烯的同构化过程，发现溶解在正己烷中的顺式1，2-二苯乙烯在紫外线作用下，首先生成寿命为3皮秒的中间体，然后过渡到寿命为1.35皮秒的激发态，最后才转变为反式1，2-二苯乙烯。

    皮秒激光脉冲技术仍在不断发展之中，激光脉冲的脉宽已从皮秒级缩短至飞秒（10-15秒）级。美国贝尔实验室报道了脉宽只有8×10-15秒、中心波长为620纳米的激光脉冲，这样窄的脉宽已经达到理论极限值，因为按海森堡测不准原理，在紫外和可见光范围内，时间分辨的极限是10-15秒量级，在X射线区，极限为10-18秒量级。