隐藏在时间里的秘密：瞬态吸收显微成像技术探秘

如果没有“慢动作”显示进球后球员和球的动作，电视上的足球比赛会怎样？应该会缺少很多精彩镜头，同时也可能会增加很多争议。化学反应也是类似的情况。由于化学反应仅持续10到 100飞秒 (fs)（飞秒为 0.000000000000001 秒，即10^-15秒），许多人认为不可能研究一个化学反应的发生。然而，在20世纪80年代末，艾哈迈德·H·泽维尔 (Ahmed H. Zewail)能够通过使用一种基于新激光技术的方法来观察原子和分子的运动。

1999年的化学奖得主艾哈迈德·H·泽维尔 (Ahmed H. Zewail)研究了反应过程中“慢动作”的原子和分子，并观察了化学键断裂和新键生成时实际发生的情况。泽维尔在他的第一个实验中研究了碘氰化物的分解：ICN–>I+CN。

N. F. Scherer, J. L. Knee, D. D. Smith, and A. H. Zewail, The Journal of Physical Chemistry 1985 89 (24), 5141-5143

他的团队能够准确观察到 I-C 键即将断裂时的过渡态：整个反应发生在 200 飞秒内。这就是其获得的碘氰化物的瞬态吸收光谱。

瞬态吸收显微镜提供视场的空间信息（中）以及每个像素的激发态衰减光谱信息（右）

什么是瞬态吸收？

瞬态吸收，主要是测量激发后的吸收变化，来研究物质的动力学变化过程。而且还可以对样品的动力学过程表面进行表征：第一个激光脉冲将分子泵浦到它们的电子激发态，第二个激光脉冲在泵浦脉冲一定延迟后探测光谱变化，可以记录分子激发态的光谱特征和时间动态。

瞬态吸收的时间分辨特性是通过泵浦探测技术实现的，也就是说样品在泵浦光下被激发后，探测光经过样品后检测吸收变化。首先会获得一个随时间变化的衰减曲线，通过拟合曲线可以测量分子的激发动力学例如三线态的衰减时间。

时间分辨显微镜原理

瞬态吸收除了时间分辨外，还具有波长信息，这反应了分子的状态变化过程：无泵浦光时，样品基态分子吸收探测光，强度取决于基态粒子数和吸收系数。泵浦光激发样品分子至激发态，减少基态粒子，增加激发态粒子。探测光照射时，可能观察到基态粒子减少导致的减弱吸收（GSD）、激发态分子进一步吸收能量的增强吸收（ESA）或激发态不稳定分子的受激辐射或自发辐射回基态（SE）。这些信号在飞秒瞬态吸收实验中均可被检测。

瞬态吸收实验中可能检测到的分子三种状态

振电科技的高灵敏瞬态吸收显微成像HyperView

HyperView是基于光学参量振荡器（OPO）技术的新一代高灵敏检测设备。该系统以“捕捉瞬态过程、解析微观机制” 为核心，通过两束激光脉冲（泵浦光激发样本、探测光追踪动态变化）实现对物质激发态动力学、载流子扩散、微观结构异质性的高时空分辨观测。