[報(bào)告簡介]

    高能反應(yīng)系統(tǒng)常常依賴于吸收光譜學(xué)進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究及在線監(jiān)控。然而在如此極端的條件下直接進(jìn)行快速光譜測(cè)量是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的技術(shù)難題。現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)，例如：傅立葉變換紅外光譜儀或快速調(diào)諧的寬掃描級(jí)聯(lián)激光光譜，由于其原理上低時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，無法達(dá)到快速測(cè)量的目的，限制了其在相關(guān)高能反應(yīng)系統(tǒng)體系下進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的應(yīng)用。幸運(yùn)的是IRsweep公司基于量子級(jí)聯(lián)激光的雙梳狀技術(shù)（DCS）的開發(fā)的微秒級(jí)時(shí)間分辨超靈敏光譜儀（IRis-F1）為高溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究為提供了令人興奮且極富挑戰(zhàn)性的試驗(yàn)場(chǎng)，具有良好時(shí)間分辨率的超靈敏紅外光譜儀的使用為苛刻的動(dòng)態(tài)環(huán)境中高溫快速光譜測(cè)量提供了新機(jī)遇。

    本報(bào)告主要介紹由斯坦福大學(xué)Ronald Hanson教授組與IRsweep公司的合作研究，他們利用微秒級(jí)時(shí)間分辨超靈敏雙光梳紅外光譜儀（IRis-F1）成功為我們演示了中紅外雙梳狀光譜儀在丙烷高能氣相反應(yīng)中的微秒分辨單次測(cè)量的應(yīng)用。

    本報(bào)告將由斯坦福大學(xué)參與研究的Nicolas Pinkowski博士親自介紹具體的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)及研究中面臨的挑戰(zhàn)及解決方案。

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[主講人介紹]

Markus Geiser 博士

瑞士IRsweep公司共同創(chuàng)始人

Nicolas Pinkowski 博士

斯坦福大學(xué)  Ronald Hanson教授組，NDSEG 研究員和研究助理

[報(bào)告時(shí)間]

開始  2020年05月14日  23:00

結(jié)束  2020年05月15日  24:00

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    高溫、高壓和快速反應(yīng)相關(guān)的高能反應(yīng)系統(tǒng)常常依賴于吸收光譜學(xué)進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究及在線監(jiān)控。對(duì)于這樣的極端環(huán)境，高帶寬的吸收光譜測(cè)量可以為非平衡環(huán)境中的物質(zhì)形成、溫度測(cè)量和量子態(tài)種群的研究提供豐富的信息。通常此類反應(yīng)時(shí)間短，且經(jīng)常伴隨復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)，因此在高帶寬基礎(chǔ)上，光譜測(cè)量速度至關(guān)重要。然而在如此極端的條件下直接進(jìn)行快速光譜測(cè)量是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的技術(shù)難題。現(xiàn)有的寬帶測(cè)量技術(shù)，例如傅立葉變換紅外光譜儀或快速調(diào)諧的寬掃描外腔量子級(jí)聯(lián)激光光譜，雖然能提供令人滿意的光譜覆蓋范圍，達(dá)到寬光譜的測(cè)量要求，但由于其原理上低時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，無法達(dá)到快速測(cè)量的目的。通常，快速測(cè)量解決方法是使用一系列激光測(cè)量系統(tǒng)在特定范圍波長下獲取物質(zhì)的光譜信息，然后組合形成混合的光譜信息。這種方法雖然可以較快速地實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量，但其所能提供的頻譜信息十分有限，限制了其在相關(guān)高能反應(yīng)系統(tǒng)體系下進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的應(yīng)用。

    針對(duì)這一技術(shù)難題，IRsweep公司基于快速發(fā)展的量子級(jí)聯(lián)激光（QCL）雙頻率梳技術(shù)開發(fā)了紅外固態(tài)快速雙光梳紅外光譜儀 (DCS)。DCS突破了傳統(tǒng)傅里葉紅外光譜儀受其工作原理和光源限制所帶來的時(shí)間分辨率低、高的分辨率下信噪比低、紅外透射方法難以測(cè)量厚度大及毫米尺度的樣品等缺點(diǎn)。可同時(shí)滿足高測(cè)量速度（微秒級(jí)時(shí)間分辨率，< 1 μs）、高光譜分辨率（3x10^-4 cm^-1）和寬光譜范圍的要求，能夠成功用于高溫、高壓、快速反應(yīng)的極端條件下的快速紅外光譜研究。因此，該雙光梳光譜儀在相關(guān)應(yīng)用和文獻(xiàn)報(bào)道中引起了研究者的廣泛關(guān)注。

    近期，斯坦福大學(xué)的NICOLAS H. PINKOWSKI研究團(tuán)隊(duì)與IRsweep公司合作成功利用微秒級(jí)時(shí)間分辨超靈敏雙光梳紅外光譜儀-IRis-F1（Dual-comb spectrometer, DCS）為我們演示了中紅外QCL的雙梳狀光譜儀在高能氣相反應(yīng)中的微秒分辨單次測(cè)量的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中配備了兩個(gè)頻率梳和多套獨(dú)立的驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)，在壓力驅(qū)動(dòng)下的高溫、高壓反應(yīng)釜中研究了一種劇烈的丙炔氧化化學(xué)反應(yīng) （圖1）。具體而言，作者在1225 K，2.8 大氣壓和2％p-C₃H₄ / 18％O₂的預(yù)點(diǎn)火條件下，測(cè)量了丙炔與氧氣之間1.0 毫秒高溫反應(yīng)的詳細(xì)動(dòng)力學(xué)光譜（圖2）。實(shí)驗(yàn)所采用的量子級(jí)聯(lián)激光的雙梳狀光譜儀（DCS）是由兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的，非固定頻率的頻率梳組成，其發(fā)射波長帶寬為179 cm^-1 (1174 cm^-1-1233 cm^-1), 具有9.86 GHz的自由頻譜范圍和5 MHz的頻梳間距，可實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)4 μs的時(shí)間分辨率（理論時(shí)間分辨率 2 μs）。同時(shí)，作者使用另一套獨(dú)立的帶間級(jí)聯(lián)激光（ICL）光譜儀對(duì)DCS測(cè)量的精度做了仔細(xì)的對(duì)比研究，確認(rèn)了DCS測(cè)量的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，單脈沖DCS可以以4 μs時(shí)間分辨測(cè)量速率解析丙炔氧化動(dòng)力學(xué)（圖3），DCS數(shù)據(jù)清楚顯示：在反應(yīng)早期（0-0.6 ms）能觀察到寬帶丙炔吸收特征峰，而在0.75 ms之后可以觀察到水的精細(xì)特征光譜。在劇烈的高溫高壓反應(yīng)中（1 ms 內(nèi)約2500K和60倍的溫度和壓力變化）DCS數(shù)據(jù)顯示了出良好的信噪比，其信號(hào)的自然噪聲YZ和時(shí)間分辨率在高焓測(cè)試環(huán)境中顯示出明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，獨(dú)立的輔助激光測(cè)量光譜（ICL）結(jié)果與DCS系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果具有良好的一致性（圖4）。此外，DCS能夠解析與溫度直接相關(guān)的量子態(tài)信息。并且，隨著光譜模型和高溫截面數(shù)據(jù)庫的改進(jìn)，將來DCS系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確性會(huì)進(jìn)一步提升。 隨著中紅外雙梳光譜技術(shù)的出現(xiàn)，為超靈敏雙光梳紅外光譜儀在高焓反應(yīng)和非平衡環(huán)境的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中提供了廣闊的研究機(jī)遇。研究者堅(jiān)信超靈敏雙光梳紅外光譜儀在高能反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中將會(huì)有更多應(yīng)用前景。

圖1 高能反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

A：QCL雙光梳快速紅外光譜系統(tǒng)（DCS）包括相應(yīng)的探測(cè)器；B：獨(dú)立的ICL激光系統(tǒng)用于探測(cè)p-C3H4反應(yīng)；C：獨(dú)立的ICL激光探測(cè)系統(tǒng)，用于探測(cè)反應(yīng)中水的變化

圖2 2％ p-C₃H₄ / 18％ O₂/ 80%  Ar 在1225 K，2.8 大氣壓條件下丙炔氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果

（a）測(cè)量和模擬反應(yīng)的熱力學(xué)條件；（b）DCS測(cè)量的吸收光譜隨時(shí)間的變化關(guān)系。 白色虛線區(qū)域表示具有高信噪比的兩個(gè)區(qū)域

圖3 丙炔氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)DCS研究結(jié)果（ 1215 cm^-1-1225 cm^-1）

圖4 p-C₃H₄ / Ar在 1120 K、3大氣壓條件下的高溫掃描QCL激光（ICL, 灰色）和DCS（藍(lán)色）光譜對(duì)比

參考文獻(xiàn)：

[1] Nicolas H. Pinkowski et al., Dual-comb spectroscopy for high-temperature reaction kinetics, 2020,  Meas. Sci. Technol. 31 055501, https://doi.org/10.1088/1361-6501/ab6ecc

引言

Z新動(dòng)態(tài)

圖文導(dǎo)讀 

相關(guān)參考 

引言

Z新動(dòng)態(tài)

圖文導(dǎo)讀 

相關(guān)參考 

儀器簡介：

VERTEX 70v 光譜儀采用 RockSolid? 準(zhǔn)直高性能干涉儀，能滿足從常規(guī)分析測(cè)量到高端科研領(lǐng)域的各種應(yīng)用需求?？梢怨淖贤?可見光（50000 cm-1） 到遠(yuǎn)紅外/太赫茲（5 cm-1）的廣泛光譜范圍、極高的光譜和時(shí)間分辨率以及卓越的靈活性。高端真空研究級(jí)紅外光譜儀VERTEX 70v系統(tǒng)能夠通過的技術(shù)，為高端研究應(yīng)用提供完美的解決方案。

能實(shí)現(xiàn)目前業(yè)內(nèi)*高水平的快速掃描和步進(jìn)掃描測(cè)量，能在*廣的光譜范圍內(nèi)提供卓越的性能。VERTEX 70v全真空系列光譜儀徹底杜絕了大氣吸收對(duì)紅外測(cè)量的干擾，進(jìn)一步提高光譜質(zhì)量。

數(shù)據(jù)采集使用delta-sigma自激型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具備真正的24位ADC動(dòng)態(tài)范圍。布魯克先進(jìn)技術(shù)DigiTect將此數(shù)模轉(zhuǎn)換器與檢測(cè)器自帶的電子前置信號(hào)放大器整合到一起。大限度地避免了外界模擬信號(hào)對(duì)光譜的干擾，確保了出色的信噪比。

產(chǎn)品性能：

最高的光譜分辨率
- 最高的信噪比
- 最高的動(dòng)鏡掃描速度
- 全真空、可吹掃或密封干燥式光學(xué)臺(tái)克服大氣干擾
- 最多的軟件可控外光路擴(kuò)展接口
- 分束器更換簡單快捷、無需重新調(diào)整干涉儀，實(shí)現(xiàn)紫外、可見光、近紅外及遠(yuǎn)紅外/太赫茲波段的譜區(qū)擴(kuò)展
- 全自動(dòng)識(shí)別所有光學(xué)配件及測(cè)量附件
- 強(qiáng)大的步進(jìn)掃描/慢掃描功能滿足光譜的時(shí)間分辨及各種調(diào)制應(yīng)用
- 極具遠(yuǎn)見性的設(shè)計(jì)可滿足當(dāng)前及未來的各種拓展需求

外部附件、源和探測(cè)器

VERTEX 70v 真空光譜儀配備五個(gè)光束出口端口和兩個(gè)光束輸入端口，可隨時(shí)升級(jí)具有外部測(cè)量附件、源和探測(cè)器的系統(tǒng)。這包括以下內(nèi)容：

用于 VCD 和 PM-IRRAS 的 PMA 50 偏振調(diào)制附件

PL II 光致發(fā)光模塊

RAM II FT-拉曼模塊和RamanScope III FT-拉曼顯微鏡

TGA-FT-IR 聯(lián)用

HYPERION 系列FTIR顯微鏡

HYPERION 3000 FT-IR 成像系統(tǒng)

HTS-XT 高通量篩選eXTension

IMAC 焦平面陣列宏觀成像附件

外部樣品室 XSA（真空或吹掃）

外部真空密閉的超高真空腔室（UHV）

真空PL/PT/PR測(cè)量單元

帶中紅外或近紅外光纖探頭的光纖耦合單元（用于固體和液體）

大型積分球

自動(dòng)進(jìn)樣器

外接遠(yuǎn)紅外Hg燈光源

寬帶中紅外-遠(yuǎn)紅外分束器和檢測(cè)器（BRUKER FM）

外部發(fā)射適配器

外部高性能中紅外光源

外部真空4位檢測(cè)器腔

適用于遠(yuǎn)紅外

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爾迪儀器代理bruker VERTEX 70v，有需要可聯(lián)系我司。

爾迪儀器創(chuàng)建于2013年，是一家從事儀器設(shè)備銷售、技術(shù)服務(wù)與工藝開發(fā)的創(chuàng)新公司。總部辦公地點(diǎn)位于上海，在北京、深圳、重慶、合肥等地設(shè)有辦事處。通過多年穩(wěn)步發(fā)展，急客戶之所急，想客戶之所想，應(yīng)客戶之所需，行客戶之未行，12小時(shí)內(nèi)響應(yīng)，24小時(shí)內(nèi)上門，形成售前專業(yè)全面、售中細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)、售后周到快捷的完整服務(wù)體系。

時(shí)間分辨光譜是指一種能觀察物理和化學(xué)的瞬態(tài)過程并能分辨其時(shí)間的光譜。條紋相機(jī)技術(shù)是一種同時(shí)具備高時(shí)間分辨（皮秒）與高空間分辨（微米）的瞬態(tài)光學(xué)過程測(cè)量手段，常用于超快系統(tǒng)的脈沖持續(xù)時(shí)間測(cè)量。

TIMART 系列條紋相機(jī)卓立漢光Z新推出的面向普通科研市場(chǎng)的通用型條紋相機(jī)。

該系列條紋相機(jī)采用進(jìn)口國際先進(jìn)的同步條紋變像管以及GX像增強(qiáng)器作為核心，集成我們科研人員自主研發(fā)的快速掃描控制模塊， 在具備皮秒時(shí)間分辨的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)200nm到850nm光譜范圍高靈敏響應(yīng)，并可同時(shí)具備單次和同步掃描功能；同步掃描可實(shí)現(xiàn)高達(dá)300MHz同步測(cè)量，從而讓條紋相機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了通用化，打破國內(nèi)壟斷，走進(jìn)普通實(shí)驗(yàn)室！

應(yīng)用方向：

● 超快化學(xué)發(fā)光

● 超快物理發(fā)光

● 超快放電過程

● 超快閃爍體發(fā)光

● 時(shí)間分辨熒光光譜，熒光壽命

● 半導(dǎo)體材料時(shí)間分辨PL譜

● 太陽能電池材料時(shí)間分辨PL譜

● 瞬態(tài)吸收譜，時(shí)間分辨拉曼光譜測(cè)量

● 光通訊，量子器件的響應(yīng)測(cè)量

● 自由電子激光，超短激光技術(shù)

● 等離子體發(fā)光，輻射

● 湯姆遜散射，激光雷達(dá)

線下交流會(huì)日程：

打破壟斷，讓條紋相機(jī)技術(shù)走進(jìn)大眾實(shí)驗(yàn)室，助力科研人員實(shí)現(xiàn)超快夢(mèng)想，10月25日我們與您相約，共同探討超快時(shí)間分辨光譜技術(shù)及應(yīng)用，滿滿干貨，機(jī)會(huì)難得，不見不散！

主題：超快時(shí)間分辨光譜研討會(huì)

地點(diǎn)：中科院半導(dǎo)體研究所3號(hào)科研樓320會(huì)議室

時(shí)間：2019年10月25日上午9:30-11:30

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