8月21日，記者從山西大學(xué)獲悉，山西大學(xué)激光光譜研究所肖連團(tuán)教授團(tuán)隊(duì)在金納米粒子相干非線性效應(yīng)研究中取得重要進(jìn)展。

　　該成果在量子精密測量、光學(xué)傳感和生物醫(yī)學(xué)等方面有重要的應(yīng)用前景。

　　近日，物理學(xué)權(quán)威期刊《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）在線刊發(fā)了他們的研究論文。山西大學(xué)為論文唯一單位，博士研究生李耀和楊勇剛教授為論文共同NO1作者，通訊作者為秦成兵教授和肖連團(tuán)教授，賈鎖堂教授和張國峰教授等共同參與了研究工作。

　　金納米粒子因其特有的非線性效應(yīng)、表面等離子體共振效應(yīng)、光熱效應(yīng)等，一直是物理、化學(xué)、材料等學(xué)科的研究熱點(diǎn)，在光學(xué)傳感、能量俘獲、高分辨成像和光熱治療等方面具有重要的應(yīng)用。

　　由于金納米粒子量子產(chǎn)率低（10-6），而多光子熒光強(qiáng)度和高階非線性效應(yīng)嚴(yán)重依賴于激發(fā)光的功率，大功率激光的使用一方面會因光熱效應(yīng)破壞金納米粒子本身的結(jié)構(gòu)，另一方面也會對納米系統(tǒng)或有機(jī)體 （如細(xì)胞、組織） 造成不可修復(fù)的損傷，從而極大地限制了金納米粒子在功能器件、生物成像、癌癥治療等方面的實(shí)際應(yīng)用。

　　圖1金納米粒子在不同時間尺度下的超快動力學(xué)行為。（a） 線性坐標(biāo)；（b） 對數(shù)坐標(biāo)。（c） 兩束等功率飛秒脈沖激發(fā)下的對稱干涉條紋；（d） 不等功率激發(fā)下的非對稱干涉條紋。傳統(tǒng)多光子激發(fā)模擬結(jié)果：（e） n=2，（f） n=“3”.8。

　　肖連團(tuán)教授研究團(tuán)隊(duì)針對金納米粒子應(yīng)用發(fā)展存在的瓶頸問題，提出基于中間態(tài)物理參數(shù)可調(diào)的三能級理論模型，提升超快雙脈沖激發(fā)金納米粒子的非線性干涉效應(yīng)。

　　實(shí)驗(yàn)發(fā)展了相位和振幅精確可調(diào)的雙脈沖超快光場技術(shù)，用于精準(zhǔn)地調(diào)控飛秒激光與金納米粒子相互作用，在將激發(fā)功率降低2個量級的情況下，實(shí)現(xiàn)了金納米粒子雙光子熒光的非線性干涉，相干相長時熒光強(qiáng)度比通常的雙光子光致發(fā)光方法提高100倍以上，相干相長與相干相消之比達(dá)到104。如圖1所示。

　　研究工作同時表明，通過精確調(diào)控兩束飛秒激光的延遲，可以精準(zhǔn)地調(diào)控飛秒激光與金納米粒子相互作用的非線性系數(shù)。

　　如圖2所示，使用單束飛秒脈沖激發(fā)金納米粒子時，其熒光表現(xiàn)出明顯的雙光子吸收過程，非線性系數(shù)為2；在采用雙脈沖激發(fā)時，當(dāng)僅改變其中一束飛秒激光功率時，金納米粒子的熒光隨兩束脈沖延遲的增加呈現(xiàn)出從線性過程向雙光子過程漸變的奇異行為。

　　在金納米粒子的實(shí)際應(yīng)用中，線性過程適用于精密測量與傳感，而高階非線性過程對超分辨成像更為有利。

　　圖2 （a） 不同延遲下金納米粒子熒光強(qiáng)度隨激發(fā)功率的變化；（b） 金納米粒子多光子熒光的非線性系數(shù)隨兩束脈沖相對延遲的變化行為。

　　近年來，肖連團(tuán)教授研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了單分子、金納米粒子、量子點(diǎn)等體系的相干超快動力學(xué)過程，發(fā)展了量子相干調(diào)制增強(qiáng)單分子顯微成像的新原理與新技術(shù)，利用相位調(diào)制的激光脈沖對制備與操控相干疊加態(tài)，實(shí)現(xiàn)了極微弱量子相干信息的有效測量，研究工作在量子精密測量、光學(xué)傳感和生物醫(yī)學(xué)等方面有重要的應(yīng)用前景。（山西大學(xué)供圖）