撰稿|由课题组供稿
光谱仪作为一种基本的光谱仪器，在精确探测宏观物体的微观物理与化学性质、连接微观世界和宏观世界方面起着重要的作用。特别是近年来，在超快光谱学领域，利用这些光谱设备来研究各种材料中各种物理、化学和生物过程的详细超快动力学已经得到了大力的发展。但是，为了解决基础科学中一些尚未解决的根本性问题，光谱学还需要进一步向更高的水平推进。其中最大的挑战之一是光谱仪的照明光源部分，涉及到几个急需的特性。首先，应进一步扩大超快探测激光脉冲的频谱带宽，使其覆盖范围从紫外、可见光到近红外甚至中红外区域，能够同时探测尽可能多的各个波段的微观物理和化学过程。其次，应进一步提高单脉冲的总能量和平均功率水平，使单脉冲能够支持足够高的光能量，或足够多的光子数量，以获得高信噪比的可靠光谱曲线。第三，光谱曲线，特别是由 3 dB 带宽(即光谱峰值的半高全宽)衡量的平坦度，需要进一步提高到一个更高水平。超平坦的光谱曲线可以极大地帮助提升超快光谱在整个大范围内的光谱测量和分析的信噪比。可以预见，开发一种基于真正的高性能照明光源的超快时间分辨光谱技术是非常有价值的，这种照明光源应同时具有超短脉冲持续时间、极大光谱带宽、超平坦光谱轮廓和大脉冲能量等几个优点。
图一 超宽带白光激光产生的实验装置原理图
图1. (a)利用二阶和三阶非线性的协同作用，基于熔融石英和 CPPLN晶体级联光学模块实现超宽带白光激光产生的实验原理图；(b) 制备得到的 CPPLN样品的表面显微图像；(c) CPPLN 样品正负畴结构的高倍放大视图；(d) 制备的 CPPLN样品；(e) 铌酸锂晶体中二次谐波产生过程的相位失配曲线与宽带二次谐波产生过程中 CPPLN结构的傅里叶系数谱线；(f) 熔融石英-CPPLN晶体级联光学模块产生超宽带白光激光的实验装置图。
图二 超宽带紫外-可见-近红外白光激光的测量结果
图2. (a)从 8 mm 厚的熔融石英样品出射端得到的超连续激光光斑；(b) 熔融石英样品出射的超连续激光光斑的一阶衍射光束；(c) CPPLN 样品输出的超连续白光激光光斑；(d) CPPLN 样品输出的超连续白光激光光斑的一阶衍射光束；(e) Ti: Sapphire 激光器的原始输出光谱以及分别从熔融石英、CPPLN 晶体输出的超连续光谱(对峰值强度进行标准化)；(f) 来自熔融石英-CPPLN级联非线性模块的超连续白光光谱与经常使用的商业激光器的光谱比较。
图三 单发飞秒脉冲光谱仪构造装置图
图3. 单发飞秒脉冲光谱仪构造装置图。
图四 有机分子和碱金属原子吸收光谱测量结果
图 4. 用单发飞秒脉冲激光光谱仪测量 (a-d) 亚甲基蓝(MB)、核黄素(RN)、泰坦黄(TY)、罗丹明B (RB)多分子混合物的分子吸收光谱；(e) Na-K-Rb-Cs四种经典碱金属原子混合物的原子吸收光谱。
文章链接
LihongHong, Haiyao Yang, Liqiang Liu, Mingzhou Li, Yuanyuan Liu, Baoqin Chen, Huakang Yu, Wenbo Ju, and Zhi-Yuan Li. Intense and Superflat White Laser with 700-nm 3-dB Bandwidth and 1-mJ Pulse Energy Enabling Single-Shot Subpicosecond Pulse Laser Spectroscopy [J]. Research, Vol 6, Article ID: 0210.
DOI: 10.34133/research.0210
李志远，博士生导师，国家杰青，华南理工大学物理与光电学院副院长，广东省珠江人才计划双创团队负责人。研究领域涵盖微纳光子学（包括光子晶体、近场光学、光学超材料和超表面、等离激元光学等领域）、光镊技术、非线性光学、激光技术、拓扑光子学、纳米显微成像、微纳尺度光物理和量子光学、基础电磁学理论和基础量子物理理论等。至今已在SCI收录的物理学、化学、光学和材料科学期刊上发表论文480篇，其中包括PRL, Chem. Soc. Rev., Science Adv., JACS, Adv. Mater., Nano Lett., ACS Nano, Light: Sci. & Appl.等高水平期刊论文130多篇。被SCI引用30000次以上，2014、2018年入选全球高被引科学家，2016-2022年入选爱思唯尔中国高被引科学家。
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