يتم وصف تفاصيل إنشاء الإشارة وتحسينها والقياس والحصول على البيانات ومعالجة البيانات لمطياف RAMan المحفز ة على وقت femtosecond. وتحفز الأشعة تحت الحمراء بالقرب من دراسة رامان على ديناميات متحمس الدولة من β كاروتين في التولوين يظهر كتطبيق تمثيلي.
Femtosecond الوقت حل تحفيز مطياف رامان هو وسيلة واعدة لمراقبة الديناميات الهيكلية للعابرين قصيرة الأجل مع الأشعة تحت الحمراء القريبة (بالقرب من الأشعة تحت الحمراء) التحولات، لأنه يمكن التغلب على حساسية منخفضة من مطيافات رامان عفوية في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة. هنا، نحن نصف التفاصيل التقنية لfemtosecond الوقت حلها بالقرب من الأشعة تحت الحمراء متعددة حفز مطياف رامان التي قمنا بتطويرها مؤخرا. كما يتم تقديم وصف لتوليد الإشارة وتحسينها، وقياسها، والحصول على البيانات، ومعايرة البيانات المسجلة وتصحيحها. نقدم تطبيقمطيع لدينا لتحليل ديناميات الدولة متحمس من β كاروتين في حل التولوين. لوحظ بوضوح في الطيس الطيّب المنبه المنفّز في طيّالة رامان المُحْزَّة المُحْزَّة في النسخة الثانية من الـ a-c-carotene في ثاني أقل ّ حالة مُتحمسة (S2)وأدنى حالة مُحْدّة (S1). وfemtosecond الوقت حل بالقرب من الأشعة تحت الحمراء حفز مطياف رامان ينطبق على الديناميات الهيكلية للأنظمة اقتران ه من جزيئات بسيطة إلى مواد معقدة.
نظام رامان للتنظير الطيفي هو أداة قوية ومتعددة الاستخدامات للتحقيق في هياكل الجزيئات في مجموعة واسعة من العينات من الغازات البسيطة والسوائل والمواد الصلبة إلى المواد الوظيفية والأنظمة البيولوجية. يتم تعزيز تشتت رامان بشكل كبير عندما تتزامن طاقة الفوتون لضوء الإثارة مع طاقة الانتقال الإلكتروني للجزيء. تأثير الرنين رامان تمكننا من مراقبة انتقائي الطيف رامان من الأنواع في عينة تتألف من أنواع كثيرة من الجزيئات. التحولات الإلكترونية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء هي جذب الكثير من الاهتمام كمسبار للتحقيق في ديناميات الدولة متحمس من الجزيئات مع هياكل كبيرة مترافقة. وقد تم تحديد الطاقة والعمر من الدولة المنفرد متحمس أدنى لعدة الكاروتينات، والتي لديها سلسلة طويلة أحادية الأبعاد البوليين1،2،3. وقد تم التحقيق على نطاق واسع ديناميات الإثارة محايدة ومشحونة لمختلف البوليمرات الموصلة ضوئيا في الأفلام4،5،6،7، الجسيمات النانوية8، والحلول9،10،11. ويمكن الحصول على معلومات مفصلة عن هياكل العابرين إذا تم تطبيق التحليل الطيفي لرامان القريب من الأشعة تحت الحمراء على هذه النظم. فقط عدد قليل من الدراسات، ومع ذلك، وقد تم الإبلاغ عن الوقت حل هازة قرب الأشعة تحت الحمراء رامانالطيف12،13،14،15،16، لأن حساسية الطيف رامان بالقرب من الأشعة تحت الحمراء منخفضة للغاية. وتنبع الحساسية المنخفضة أساساً من الاحتمال المنخفض لتشتت رامان القريب من الأشعة تحت الحمراء. احتمال تشتت رامان التلقائي يتناسب مع درجةالـ3 ،حيثتكون ترددات ضوء الإثارة وضوء رماان المبعثر ، على التوالي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة الكشف القريبة من الأشعة تحت الحمراء المتاحة تجارياً لديها حساسية أقل بكثير من أجهزة الكشف عن اتفاقية مكافحة التصحر التي تعمل في الأشعة فوق البنفسجية والمناطق المرئية.
وقد ظهرت Femtosecond الوقت حل الطيف يحف رامان كوسيلة جديدة لمراقبة التغيرات التي تعتمد على الوقت من العصابات الاهتزازية رامان النشطة وراء حد فورييه تحويل واضح من نبض الليزر17،18،19،21،21،22،23،24،25،26،28 ،29،30،31،32،33. يتم إنشاء تشتت رامان المحفز عن طريق تشعيع نبضين ليزر: مضخة رامان ونبضات المسبار. هنا يفترض أن نبض ة مضخة رامان لديها تردد أكبر من نبض المسبار. عندما يتزامن الفرق بين ترددات مضخة رامان ونبضات المسبار مع تردد اهتزاز رماان الجزيئي النشط ، يكون الاهتزاز متحمسًا بشكل متماسك لعدد كبير من الجزيئات في الحجم المشع. الاستقطاب غير الخطي الناجم عن الاهتزاز الجزيئي متماسكة يعزز المجال الكهربائي للنبض التحقيق. هذه التقنية قوية بشكل خاص لقرب الأشعة تحت الحمراء رامان الطيفية، لأن تحفيز تشتت رامان يمكن أن يحل مشكلة حساسية الوقت حل الطيف ية عفوية رامان قرب الأشعة تحت الحمراء. يتم الكشف عن تحفيز تشتت رامان كتغييرات كثافة نبض المسبار. حتى لو كان جهاز الكشف عن الأشعة تحت الحمراء القريبة لديه حساسية منخفضة ، سيتم الكشف عن تشتت رامان المحفز عندما يتم زيادة كثافة المسبار بشكل كافٍ. احتمال تشتت رامان حفز يتناسب معRPοSRS، حيثRP وSRS هي ترددات نبض مضخة رامان وحفز رفان التشتت، على التوالي20. الترددات لتشتت رامان حفز،RP وSRS، ما يعادلط وs لتشتت رامان عفوية، على التوالي. لقد قمنا مؤخرًا بتطوير مطياف Ramtroa في متنفسه فيمتوثانية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء باستخدام تشتت رامان المحفز للتحقيق في هياكل وديناميكيات العابرين قصيرة الأجل التي تم إنشاؤها فيأنظمةاقتران 2و3و7و10. في هذه المقالة، نقدم التفاصيل التقنية لدينا femtosecond الوقت حل بالقرب من الأشعة تحت الحمراء متعددة حفز مطياف رامان. يتم وصف المحاذاة البصرية ، والاستحواذ على أطياف رامان المحفزة التي تم حلها زمنيًا ، ومعايرة وتصحيح الأطياف المسجلة. تتم دراسة ديناميات الدولة المتحمسة لـ α-carotene في محلول التولوين كتطبيق تمثيلي للمطياف.
عوامل حاسمة في femtosecond الوقت حلها بالقرب من الأشعة تحت الحمراء متعددة حفز قياس رامان
للحصول على الوقت حل بالقرب من الأشعة تحت الحمراء حفز أطياف رامان مع نسبة عالية إشارة إلى الضوضاء، وينبغي أن يكون الطيف التحقيق بشكل مثالي كثافة موحدة في نطاق الطول الموجي كله. ولذلك، فإن توليد سل…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من قبل أرقام منحة JSPS KAKENHI JP24750023 ، JP24350012 ، أرقام منحة MEXT KAKENHI JP26104534 ، JP16H00850 ، JP26102541 ، JP16H00782 ، وبرنامج MEXT المدعوم لمؤسسة البحوث الاستراتيجية في الجامعات الخاصة ، 2015-2019.
1-Axis Translational Stage | OptSigma | TSD-401S | Products equivalent to this are used as well; for M22, L9, and CM in Figure 1A |
20-cm Optical Delay Line | OptSigma | SGSP26-200 | ODL1 in Figure 1A |
3-Axis Translational Stage | OptSigma | TSD-405SL | For L8 in Figure 1A |
3-Axis Translational Stage | Suruga Seiki | B72-40C | For FC in Figure 1A |
5-cm Optical Delay Line | PMT | HRS-0050 | ODL2 in Figure 1A |
Al Concave Mirror | Thorlabs | CM254-050-G01 | Focal length: 50 mm; CM in Figure 1A |
Base Plate | Suruga Seiki | A21-6 | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A |
BBO Crystal | EKSMA Optics | – | Type 1, θ = 23.2 deg; BBO in Figure 1A |
BK7 Plano-Concave Lens | OptSigma | SLB-25.4-50NIR2 | Focal length: 50 mm; IR anti-reflection coating; L6 in Figure 1A |
BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-150PIR2 | Focal length: 150 mm; IR anti-reflection coating; L2, L3, L5 in Figure 1A |
BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-100PIR2 | Focal length: 100 mm; IR anti-reflection coating; L4 in Figure 1A |
BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-200PIR2 | Focal length: 200 mm; IR anti-reflection coating; L7 in Figure 1A |
Broadband Dielectric Mirror | OptSigma | TFMS-25.4C05-2/7 | M22-M25, M28, M29 in Figure 1A |
Broadband Dielectric Mirror | Precision Photonics (Advanced Thin Films) | – | M26, M27, M30-M32 in Figure 1A |
Broadband Half-Wave Plate | CryLight | – | HWP3 in Figure 1A |
Color Glass Filter | HOYA | IR85 | F1 in Figure 1A |
Color Glass Filter | HOYA | RM100 | F2 in Figure 1A |
Color Glass Filter | Schott | BG39 | F3 in Figure 1A |
Computer | Dell | Vostro 200 Mini Tower | OS: Windows XP |
Cyclohexane | Kanto Kagaku | 07547-1B | HPLC grade |
Data Analysis Software | Wavemetrics | Igor Pro 8 | |
Dielectric Beamsplitter | LAYERTEC | – | Reflection : Transmission = 2 : 1; BS1 in Figure 1A |
Dielectric Beamsplitter | LAYERTEC | – | Reflection : Transmission = 1 : 1; BS2, BS3 in Figure 1A |
Dielectric Mirror | Precision Photonics (Advanced Thin Films) |
– | M1-M8 in Figure 1A |
Digital Oscilloscope | Tektronix | TDS3054B | 500 MHz, 5 GS/s |
Elastomer Tube | – | – | Figure 1E |
Femtosecond Ti:sapphire Oscillator | Coherent | Vitesse 800-2 | Wavelength: 800 nm, pulse duration: 100 fs, average power: 280 mW, repetition rate: 80 MHz; included in Ti:S in Figure 1A |
Femtosecond Ti:sapphire Regenerative Amplifier | Coherent | Legend-Elite-F-HE | Wavelength: 800 nm, pulse duration: 100 fs, pulse energy: 3.5 mJ, repetition rate: 1 kHz; included in Ti:S in Figure 1A |
Film Polarizer | OptSigma | SPFN-30C-26 | P1 in Figure 1A |
Glan-Taylor Prism | OptSigma | GYPB-10-10SN-3/7 | P2 in Figure 1A |
Gold Mirror | OptSigma | TFG-25C05-10 | M9-M21 in Figure 1A |
Half-Wave Plate | OptSigma | WPQ-7800-2M | HWP1 in Figure 1A |
Harmonic Separator | Coherent | TOPAS-C HRs 410-540 nm | HS in Figure 1A |
InGaAs Array Detector | Horiba | Symphony-IGA-512X1-50-1700-1LS | 512 ch, Liquid nitrogen cooled |
InGaAs PIN Photodiode | Hamamatsu Photonics | G10899-01K | |
IR Half-Wave Plate | OptiSource | – | HWP2 in Figure 1A |
Iris | Suruga Seiki | F74-3N | Products equivalent to this are used as well; I1-I17 in Figure 1A |
Lens Holder | OptSigma | LHF-25.4S | Products equivalent to this are used as well; for L1-L10 in Figure 1A |
Magnetic Gear Pump | Micropump | 184-415 | |
Mirror Mount | Siskiyou | IM100.C2M6R | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, BBO, CM in Figure 1A |
near-IR phosphor card | Thorlabs | VRC2 | |
Nut | – | – | Figure 1E, M4; purchased from a DIY store |
Optical Chopper | New Focus | 3501 | OC in Figure 1A |
Optical Parametric Amplifier | Coherent | OPerA-F | OPA1 in Figure 1A |
Optical Parametric Amplifier | Coherent | TOPAS-C | OPA2 in Figure 1A |
Polarizer Holder | OptSigma | PH-30-ARS | Products equivalent to this are used as well; for P1-P2 and HWP1-3 In Figure 1A |
Polyfluoroacetate Tube | – | – | Figure 1E |
Post Holder | OptSigma | BRS-12-80 | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A |
Quartz Flow Cell | Tosoh Quartz | T-70-UV-2 | FC in Figure 1A |
Quartz Plano-Concave Lens | OptSigma | SLSQ-25-50N | Focal length: 50 mm; L8 in Figure 1A |
Quartz Plano-Convex Lens | OptSigma | SLSQ-25-100P | Focal length: 100 mm; L1, L9 in Figure 1A |
Quartz Plano-Convex Lens | OptSigma | SLSQ-25-220P | Focal length: 220 mm; L10 in Figure 1A |
Sapphire Plate | Pier Optics | – | 3 mm thick; SP in Figure 1A |
Si PIN Photodiode | Hamamatsu Photonics | S3883 | |
Single Spectrograph | Horiba Jobin Yvon | iHR320 | Focal length: 32 cm |
Stainless Steel Rod | Suruga Seiki | A41-100 | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A |
Stainless Steel Rod | Newport | J-SP-2 | Figure 1E |
Toluene | Kanto Kagaku | 40180-1B | HPLC grade |
U-Shaped Steel Plate | – | – | Figure 1E; purchased from a DIY store |
Variable Neutral Density Filter (with a holder) | OptSigma | NDHN-100 | VND1 in Figure 1A |
Variable Neutral Density Filter (with a holder) | OptSigma | NDHN-U100 | VND2 in Figure 1A |
Visual Programming Language | National Instruments | LabVIEW 2009 | The control software in this study is programmed in LabVIEW 2009 |
Volume-Grating Bandpass Filter | OptiGrate | BPF-1190 | BPF in Figure 1A |
β-Carotene | Wako Pure Chemical Industries | 035-05531 |