Naše laboratoř optické spektroskopie je vybavena nejmodernějším femtosekundovým laserovým systémem umožňujícím generaci ultrakrátkých pulzů, díky čemuž jsme schopni studovat ultrarychlé světlem indukované procesy. Tento laserový systém zahrnuje několik experimentálních uspořádání a umožňuje tudíž zkoumat měřený systém více způsoby.
Transientní absorpční spektroskopie se ukázala jako neocenitelná metoda pro studium dynamiky excitovaných stavů různých druhů molekul. Ultrakrátké laserové pulzy trvající přibližně 100 fs umožňují sledovat dynamiku elektronových přechodů v reálném čase. Základní uspořádání experimentu je tzv. metoda pump-probe, která pracuje se dvěma pulzy. První pulz, pump, selektivně excituje molekuly do vyšších elektronových stavů. Druhý pulz, probe, je následně poslán do vzorku s přesně definovaným (a nastavitelným) časovým zpožděním vůči pump pulzu. Jeho úloha je tedy detekce změn v absorpčním spektru vyvolaných přechozí excitací. Výsledná transientní absorpční spektra jsou poté vypočítána jako rozdíl mezi absorpčním spektrem excitovaného a neexcitovaného vzorku. Nastavitelné zpoždění probe pulzu vzhledem k pump pulzu nám umožňuje získat informace o změnách absorpce v různých časových intervalech, jinými slovy hledanou dynamiku excitovaných stavů.
Výše popsaná metoda pump-probe může být dále rozšířena do tzv. multi-pulzního režimu. Toto experimentální uspořádání, často nazývané pump-dump-probe (pump-repump-probe), umožňuje selektivní narušení populace předem excitovaných molekul díky dump pulzu, který prochází vzorkem v přesně definovaném (a nastavitelném) čase mezi pump a probe pulzy. (Obr. 1)
Obr. 1. Diagram ilustrující různé sekvence pulsů pro různé konfigurace experimentu.
Laserový systém generující femtosekundové pulzy obsahuje tři části: seed laser Mai Tai SP (Spectra-Physics), pump laser Empower 30 (Spectra-Physics) a ultrarychlý Ti: Sapphire (titan-safírový) regenerativní zesilovač Spitfire Ace-100F (Spectra-Physics). (Obr. 2)
Obr. 2. Femtosekundový laserový systém.
Výstupní pulzy tohoto systému mají následující vlastnosti: doba trvání ~100 fs, centrální vlnová délka ~800 nm a energie jednoho pulzu cca 4.1 mJ při frekvenci 1 kHz. Tyto pulzy jsou dále rozděleny do několika různých drah, na kterých jsou laděny do podoby, ve které později prochází vzorkem. (Obr. 3) Vlnová délka pump a dump pulzů je laděna počítačově řízenými optickými parametrickými zesilovači, (Topas a Topas Prime, Light Conversion) které jsou schopné generovat vlnové délky v rozsahu až 240 – 2500 nm. Dále je možné nastavit vzájemné zpoždění pump a dump pulzů a synchronizovat jejich frekvence. Probe pulzy jsou poslány přes nastavitelnou optickou zpožďovací dráhu, která nám umožňuje sledovat dynamiku excitovaných molekul až do 12 ns po samotné excitaci. Poté jsou probe pulzy poslány skrze materiál (často je používaný safír nebo CaF2) generující superkontinuum. To znamená, že jsou spektrálně rozšířeny tak, abychom mohli pozorovat transientní spektra v co nejširším spektrálním okně. V naší laboratoři jsme schopni měřit transientní absorpční spektra v rozsahu od 400 do 1300 nm.
Obr. 3. Schématické znázornění experimentu.
V případě zájmu o měření transientních absorpčních spekter vašich vzorků nás neváhejte kontaktovat pro více informací. Budeme se těšit na nové výzvy a případné budoucí spolupráce.
