以非同調光源及飛秒雷射光源研究Rhodamine B之超快動力學

Ultrafast Dynamics of Rhodamine B Studied by Incoherent Light Source and femtosecond laser pulse

籃文伶

光子回波 ； 飛秒雷射 ； 非同調光源 ； Rhodamine B 染料 ； 失相時間 ； Photon echo ； femtosecond laser ； Incoherent light ； Rhodamine B ； Dephasing time

交通大學電子物理系所學位論文

2016年

碩士

籔下篤史

繁體中文

在本篇論文中，我們利用兩種不同光源之系統架構量測雷射染料分子Rhodamine B之超快動力學，實驗中分別使用非同調光源及飛秒雷射光源。 首先，本實驗利用非同調LED白光光源量測於不同溫度下Rhodamine B染料分子之失相時間。在過去的文獻中，大多利用光子回波技術搭配飛秒雷射光源及四波混頻架設系統，完成失相時間的量測。而本論文最大的不同，為光源的使用，本研究使用LED做為量測訊號的光源，因為LED光源具有近飛秒等級的高時間解析度，利用此量測技術，我們將討論失相時間與溫度的相關性。 二為利用自行架設的NOPA(Non-collinear parametric amplifier，非共線光參數放大器系統研究Rhodamine B染料分子載子超快動力學。透過NOPA系統所產生的10飛秒脈衝及多頻道鎖相放大器(Multichannel lock-in amplifier)可將各波段(520 nm~700 nm)所偵測到的超快動態反應清晰完整的紀錄。此高頻率、高時間解析的雷射統非常適合用來探測光化學反應裡中間物質的產生過程以及分子結構的動態變化情形。

In this thesis, I have studied ultrafast dynamics of a laser dye, Rhodamine B, by two different techniques using incoherent light source and femtosecond laser pulse. Thus, the thesis consists of the corresponding two parts. First, I have used a white LED as an incoherent light source to measure dephasing time of Rhodamine B at different temperature. The dephasing time is generally measured by photon echo measurement using a femtosecond laser pulse in a complicated four-wave mixing setup. However, the present work demonstrates that the deplasing time of the sample can be studied using the LED light. The LED light has ultrashort coherence time, thus an interferometer with the light source provides ultrafast time resolution. The ultrafast dynamics observed in the experimental result estimated the dephasing time dependent on temperature. Second, the homemade NOPA (non-collinear optical parametric amplifier) system was used to generate ultrashort visible laser pulse for ultrafast time-resolved absorption spectroscopy of the Rhodamine B. The sub-10 fs laser pulses with broadband visible spectrum has elucidated the ultrafast relaxation dynamics of electronic populations.

1. [3] V. S. Lobkov, A. V. Leontiev, K. M. Salikhov, V. V. Samartsev, G. M. Safiullin, A. Y. Vorobyev, and V. A. Zuikov, Laser Physics 17, 332 (2007).
   連結：
2. [5] Robert M. Silverstein ,Francis X ., Webster. Spectrometric Identification of OrganicCompounds,6th ed .John Wiley ＆Son, Inc .
   連結：
3. [12] M. J. Snare, F. E. Treloar, K. P. Ghiggino, and P. J. Thistlethwaite, Journal of Photochemistry 18, 335 (1982).
   連結：
4. [14] N. Ohlsson, Quantum Optics and Quantum Information Processing
   連結：
5. [19] R. Yano, Y. Matsumoto, T. Tani, and H. Nakatsuka, Journal of the Physical Society of Japan 58, 3814 (1989).
   連結：
6. [24] S. H. Lin, Advances in Multi-Photon Processes and Spectroscopy .9, (2008).
   連結：
7. [26] 吳祥祿，「以時間解析飛秒光譜研究摻雜碲銻化銦的超快動力學」國立交通大學電子物理研究所碩士論文，民國101年8月。
   連結：
8. [27] 洪勝富，齊正中，「時間解析激發-探測技術」物理雙月刊，第二十卷第五期，553-571頁，1998年10
   連結：
9. [29]李其聰，「白光干涉三維輪廓重建-前段處理技術」，私立元智大學機械工程研究所碩士論文，民國94年8月。
   連結：
10. [30] 葉易霖，「白光干涉垂直掃描之研究」，國立臺灣大學機械工程研究所碩士論文，民國92年8月。
    連結：
11. [32] 王昱庭，「利用可見光波段超短脈衝雷射研究新穎量子物質
    連結：
12. [33] C. Rullière, Femtosecond Laser Pulses( 2005), 2nd ed edn.
    連結：
13. [34] M. Fox, Optical properties of solids (2001).
    連結：
14. [36] K. R. Wilson and V. V. Yakovlev, Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics 14, 444 (1997).
    連結：
15. [38] M. Zavelani-Rossi et al., Optics Letters 26, 1155 (2001).
    連結：
16. [40] S. K. K. Ajitesh Kumar, and D. Goswami, J Spectrosc Dyn (2013).
    連結：
17. [1] T. Kobayashi, T. Hattori, A. Terasaki, and K. Kurokawa, Revue De Physique Appliquee 22, 1773 (1987).
18. [2] K. Misawa, T. Hattori, and T. Kobayashi, Optics Letters 14, 453 (1989).
19. [4] L. G. W. Jr, Organic Chemistry, 4 edn. .Prentice -Hall International , Inc.
20. [6] Douglas A . Skoog , F. James Holler Timothy A . Nieman . Principles of Instrumental Analysis ,4 th ed .Harcourt Brace Publishing.
21. [7] http://web.svdcc.fju.edu.tw/~bio/excel/content05/html/50.htm.
22. [8] E. L. Hahn, Physical Review 80, 580 (1950).
23. [9] H. Y. P. Carr, E. M, Physical Review 94, 630 (1954).
24. [10] http://www.sprawls.org/mripmt/MRI06/index.html.
25. [11] http://omlc.org/spectra/PhotochemCAD/html/009.html.
26. [13] http://oceanoptics.com/product/usb2000-custom/.
27. in Rare-Earth-Ion-Doped Crystals , Doctoral ThesisDepartment of Physics Lund Institute of Technology (2003).
28. [15] N. A. Kurnit, I. D. Abella, and S. R. Hartmann, Phys. Rev. Lett. 13, 567 (1964).
29. [16] I. D. Abella, N. A. Kurnit, and S. R. Hartmann, Phys. Rev. 141, 391 (1966).
30. [17]http://minerva.union.edu/newmanj/Physics100/Laser%20Theory/laser_theory.htm.
31. [18] H. Nakatsuka, A. Wakamiya, K. M. Abedin, and T. Hattori, Optics Letters 18, 832 (1993).
32. [20] M. Nogami and Y. Abe, Journal of Sol-Gel Science and Technology 8, 867 (1997).
33. [21]http://www.physics.montana.edu/arebane/research/tutorials/hole_burning/.
34. [22] M. Afzelius, R. L. Cone, T. Chanelière, S. Kröll , S. A. Moiseev ,and M. Sellars Quantum Physics (2008).
35. [23] T. Fuji, H. Fukuda, T. Hattori, and H. Nakatsuka, Optics Communications 130, 104 (1996).
36. [25] S. Saikan, K. Uchikawa, and H. Ohsawa, Optics Letters 16, 10 (1991).
37. [28] K. M. A.Orimo, S.Honda,H.Benten,S.Ito,H.Ohkita,H.Tsuji, Appl. Phys. Lett 96, 043305 (2010).
38. [31]https://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm?partnumber=TA0505D024W
39. 之超快動力學」國立交通大學電子物理研究所博士論文，民國104年6月。
40. [35] M. K. Reed, M. S. Armas, M. K. Steinershepard, and D. K. Negus, Optics Letters 20, 605 (1995).
41. [37] V. V. Yakovlev, B. Kohler, and K. R. Wilson, Optics Letters 19, 2000 (1994).
42. [39] H. M. S. Saikan, Y. Tosaki, and A. Fujiwara,, Phys. Rev. B 36, 5074 (1987).