अल्ट्राफास्ट टाइम-हल के पास-आईआर कार्यात्मक-संजूगेट सिस्टम के रमन मापन प्रेरित
Summary
सिग्नल उत्पादन और अनुकूलन, माप, डेटा अधिग्रहण, और एक femtosecond समय के लिए डेटा हैंडलिंग के विवरण-आईआर उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोमीटर के पास वर्णित हैं । टोलुईन में एक-कैरोटीन की उत्तेजित-राज्य गतिशीलता पर एक निकट अवरक्त उत्तेजित रमन अध्ययन को एक प्रतिनिधि आवेदन के रूप में दिखाया गया है।
Abstract
Femtosecond बार हल उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी निकट अवरक्त (निकट-आईआर) संक्रमण के साथ अल्पकालिक यात्रियों की संरचनात्मक गतिशीलता को देखने का एक आशाजनक तरीका है, क्योंकि यह निकट-आईआर क्षेत्र में सहज रमन स्पेक्ट्रोमीटर की कम संवेदनशीलता को दूर कर सकता है। यहां, हम एक femtosecond समय के तकनीकी विवरण का वर्णन के पास-IR मल्टीप्लेक्स उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोमीटर है कि हम हाल ही में विकसित किया है । सिग्नल उत्पादन और अनुकूलन, माप, डेटा अधिग्रहण, और अंशांकन और रिकॉर्ड किए गए डेटा के सुधार का विवरण भी प्रदान किया गया है। हम टोल्यूईन समाधान में ए-कैरोटीन की उत्साहित-राज्य गतिशीलता का विश्लेषण करने के लिए अपने स्पेक्ट्रोमीटर का एक आवेदन प्रस्तुत करते हैं। दूसरे सबसे कम उत्साहित सिंगलिस्ट (एस2)राज्य में एक सी = सी खिंचाव बैंड और सबसे कम उत्साहित सिंगलट (एस1)राज्य स्पष्ट रूप से दर्ज समय में मनाया जाता है उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रा । सरल अणुओं से जटिल सामग्रियों तक जटिल सामग्रियों के लिए जटिल सामग्री के लिए जटिल सामग्री के लिए जटिल प्रणालियों के जटिल गतिशीलता पर लागू है, femtosecond बार हल के पास-आईआर उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोमीटर लागू है ।
Introduction
रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी सरल गैसों, तरल पदार्थों और ठोस से कार्यात्मक सामग्री और जैविक प्रणालियों के नमूनों की एक विस्तृत विविधता में अणुओं की संरचनाओं की जांच के लिए एक शक्तिशाली और बहुमुखी उपकरण है। रमन बिखरने में काफी वृद्धि होती है जब उत्तेजना प्रकाश की फोटॉन ऊर्जा अणु की इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण ऊर्जा के साथ मेल खाती है। अनुनाद रमन प्रभाव हमें कई प्रकार के अणुओं से बने नमूने में एक प्रजाति के रमन स्पेक्ट्रम का चुनिंदा रूप से निरीक्षण करने में सक्षम बनाता है। निकट-आईआर इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण बड़े-संयुग्मित संरचनाओं के साथ अणुओं की उत्साहित-राज्य गतिशीलता की जांच के लिए एक जांच के रूप में बहुत ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। सबसे कम उत्साहित एकल राज्य की ऊर्जा और जीवनकाल कई कैरोटेनॉइड के लिए निर्धारित किया गया है, जिसमें एक लंबी एक आयामी पॉलीईन श्रृंखला1,2,3है। 4,5,6,7, नैनोकणों8और समाधान9,10,11में विभिन्न फोटोकंडक्टिव पॉलिमर के लिए तटस्थ और आवेशित उत्तेजनाओं की गतिशीलता की व्यापक रूप से जांच की गई है । यदि इन प्रणालियों पर समय-समाधान निकट-आईआर रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी लागू की जाती है तो यात्रियों की संरचनाओं के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्य होगी। हालांकि, कुछ अध्ययनों के समय पर सूचित किया गया है-आईआर रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी12,13,14,15,16,क्योंकि निकट-आईआर रमन स्पेक्ट्रोमीटर की संवेदनशीलता बेहद कम है । कम संवेदनशीलता मुख्य रूप से निकट-आईआर रमन बिखरने की कम संभावना से निकलती है। सहज रमन बिखरने की संभावना आनुपातिक हैωमैंωएस3,कहांωमैं औरω क्रमशः उत्तेजना प्रकाश और रमन बिखरने प्रकाश की आवृत्तियां हैं । इसके अलावा, वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध निकट-आईआर डिटेक्टरों में यूवी और दृश्यमान क्षेत्रों में काम कर रहे सीसीडी डिटेक्टरों की तुलना में बहुत कम संवेदनशीलता है।
फेम्टोसेकंड बार हल उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी एक लेजर पल्स17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 की स्पष्ट फोरियर-ट्रांसफॉर्म सीमा से परे रमन सक्रिय कंपन बैंड के समय पर निर्भर परिवर्तनों को देखने की एक नई विधि के रूप में उभरा है । 29,30,31,32,33. उत्तेजित रमन बिखरने दो लेजर दालों के विकिरण से उत्पन्न होता है: रमन पंप और जांच दालों। यहां यह माना जाता है कि रमन पंप पल्स की जांच पल्स से भी बड़ी फ्रीक्वेंसी होती है। जब रमन पंप और जांच दालों की आवृत्तियों के बीच का अंतर रमन सक्रिय आणविक कंपन की आवृत्ति के साथ मेल खाता है, तो कंपन विकिरणित मात्रा में बड़ी संख्या में अणुओं के लिए सुसंगत रूप से उत्साहित होता है। सुसंगत आणविक कंपन द्वारा प्रेरित Nonlinear ध्रुवीकरण जांच नाड़ी के बिजली के क्षेत्र को बढ़ाता है। यह तकनीक लगभग आईआर रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए विशेष रूप से शक्तिशाली है, क्योंकि उत्तेजित रमन बिखरने से समय-हल के पास-आईआर सहज रमन स्पेक्ट्रोमीटर की संवेदनशीलता की समस्या का समाधान हो सकता है। उत्तेजित रमन बिखरने की जांच पल्स की तीव्रता परिवर्तन के रूप में पता चला है । यहां तक कि अगर एक के पास आईआर डिटेक्टर एक कम संवेदनशीलता है, उत्तेजित रमन बिखरने का पता लगाया जाएगा जब जांच की तीव्रता पर्याप्त रूप से वृद्धि हुई है । उत्तेजित रमन बिखरने की संभावना आनुपातिक हैωआरपीωएसआरएस,कहांωआरपी औरωएसआरएस रमन पंप पल्स और उत्तेजित रमन बिखरने की आवृत्तियों क्रमशः20हैं । उत्तेजित रमन बिखरने के लिए आवृत्तियों, ωआरपी और ωएसआरएस,क्रमशः सहज रमन बिखरने के लिए ωमैं और ωएस के बराबर हैं । हमने हाल ही में एक स्त्री-संकल्पित निकट-आईआर रमन स्पेक्ट्रोमीटर विकसित किया है, जिसमें उत्तेजित रमन बिखरने की संरचनाओं औरअल्पकालिक क्षणिकों की गतिशीलता की जांच के लिए2,3,7,10का उपयोग किया गया है । इस लेख में, हम अपने स्त्री-रोधी के तकनीकी विवरण प्रस्तुत करते हैं-आईआर मल्टीप्लेक्स ने रमन स्पेक्ट्रोमीटर को उत्तेजित किया। ऑप्टिकल संरेखण, समय-संकल्पित रमन स्पेक्ट्रा का अधिग्रहण, और रिकॉर्ड ेड स्पेक्ट्रा के अंशांकन और सुधार का वर्णन किया गया है। टोलुईन समाधान में ए-कैरोटीन की उत्साहित-राज्य गतिशीलता का अध्ययन स्पेक्ट्रोमीटर के प्रतिनिधि आवेदन के रूप में किया जाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
Femtosecond बार में महत्वपूर्ण कारक-आईआर मल्टीप्लेक्स के पास हल रमन माप उत्तेजित
उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ रमन स्पेक्ट्रा को समय-समाधान प्राप्त करने के लिए, जांच स्पेक्ट्रम में आदर्श रूप से पूर…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस कार्य को जेपीएस ककेन्ही ग्रांट नंबर जेपी24750023, जेपी24350012, एमईएक्सटी ककेन्ही ग्रांट नंबर JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H00782, और निजी विश्वविद्यालयों में रणनीतिक अनुसंधान फाउंडेशन के लिए MEXT समर्थित कार्यक्रम, 20151
Materials
| 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 |
References
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