1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学复杂环境智能感测技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
超快二维电子光谱技术在过去二十余年间得到了迅速的发展，并在研究光合作用、光伏材料与低维材料等的激发态布居动力学与相干动力学过程中发挥了重要作用。本综述将首先介绍二维电子光谱在拓展探测窗口与维度方面的技术发展。然后，讨论领域内现存的挑战与未来发展方向：在技术层面，如何降低二维电子光谱的技术门槛以及发展多光谱数据分析程序，是拓展二维电子光谱应用的重要瓶颈问题；在基础研究层面，如何发展新型的二维电子光谱技术，去更好地探测与解析相干调控动力学与极化基元动力学过程，是该领域的另一个关键难题。
超快光谱 激发态动力学 二维电子光谱 非线性光学 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0130002
深圳大学电子与信息工程学院射频异质异构集成全国重点实验室，广东 深圳 518060
金属纳米颗粒除了用作光学谐振腔，也是一类声学谐振腔，具有非常优异的声学振动性能。本文对金属声学谐振腔的相干声学振动及应用进行了概述。首先，介绍了金属纳腔相干声学振动的超快光学激发机制，并讨论了瞬态吸收光学显微镜对单个纳腔声学振动的探测；其次，阐述了几种简单金属声学纳腔（包括纳米球、纳米棒、纳米片）的振动模式、振动频率以及它们与纳腔尺寸、形状之间的关系；然后，重点讨论了金属纳腔间的声学振动强耦合现象，从多种纳腔耦合体系的实验出发，并从理论上分析了其中的耦合模式和耦合物理机制；接下来，对高频声学纳腔的应用进行了举例分析，详细讨论了高频声学振动在纳米流体学方面的应用；最后，对高频声学纳腔的未来发展趋势与应用前景进行了展望。
超快光谱学 金属纳腔 相干声学振动 声子学器件 强耦合 光学学报
2023, 43(16): 1623015
1 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
二维 PtSe2 具备宽可调带隙、高稳定性等优点, 在新型光电器件方面具有极大应用价值。利用时间分辨太赫兹光谱研究了不同厚度 PtSe2 中的光生载流子超快动力学, 发现该材料瞬态太赫兹光电导的幅度及其激发光强度依赖性随材料厚度的增加呈现出显著的非线性增加趋势。通过太赫兹光电导频谱分析, 获得了光生载流子浓度、散射时间、背散射因子等动力学参数, 并结合激发波长依赖的太赫兹弛豫动力学, 推测束缚激子和自由载流子的竞争是引起这种厚度非线性关系的主要原因。此外, 基于光泵浦- 光探测光谱证明了 PtSe2 中的激子效应及半导体-半金属转变。该工作演示了层数对 PtSe2 中非平衡态动力学的有效调控, 对贵金属基二维材料在光电器件方面的应用具有指导意义。
超快光谱学 光生载流子动力学 太赫兹 二硒化铂 ultrafast spectroscopy photocarrier dynamics terahertz PtSe2
光子学报
2022, 51(10): 1032001
1 上海理工大学 太赫兹技术创新研究院，上海市现代光学系统重点实验室，光学仪器与系统教育部工程中心，太赫兹光谱与影像技术协同创新中心，上海 200093
2 上海大学 理学院 物理系，上海 200444
太赫兹科学技术在光谱、成像、传感、生物医药、安全检测等方面展现出了巨大的应用潜力和价值。基于新材料和新机理，研发高效、超宽带和低成本的太赫兹光子学器件是太赫兹科学技术的重要挑战。近年来的研究表明，太赫兹光子学和超快自旋电子学深度交叉，获得了很大的关注。本文对超快太赫兹自旋光电子学所研究的物理机理和器件设计应用进行讨论。在物理机理研究方面，阐明了太赫兹脉冲为研究超快自旋电子学提供强大工具，实现了太赫兹驱动自旋波，探测自旋输运和超快磁测量。在器件设计与应用方面，介绍了基于自旋的新型太赫兹光子学器件，包括自旋太赫兹辐射源的优化方法，自旋太赫兹调制器的工作原理，自旋太赫兹探测器的设计方案。超快太赫兹自旋光电子学不仅有助于人们理解宏观自旋电子学现象背后的微观物理机制，而且有望实现高效的太赫兹光子学器件和光谱学应用。
太赫兹 自旋电子学 超快光谱 太赫兹产生和调控 Terahertz Spintronics Ultrafast spectroscopy Terahertz generation and modulation
清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
热载流子能量耗散是太阳能电池效率损耗的主要来源之一。近年来,钙钛矿中的热载流子效应获得了研究人员的广泛关注。相比于传统半导体材料,钙钛矿具有较慢的热载流子冷却过程,有望利用这些热载流子,提高太阳能电池的能量转换效率,克服单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。本文主要阐述了近几年人们利用超快光谱技术在钙钛矿中观测到的热载流子弛豫现象,总结了其热载流子的动力学特性;对钙钛矿中各种体系中热载流子冷却的机理进行了梳理,并讨论了钙钛矿中热载流子的传输特性和抽取方法;最后对钙钛矿中的热载流子弛豫过程的调控和其热载流子太阳能电池中的应用发展进行了展望。
超快光学 超快光谱 热载流子 太阳能电池 钙钛矿
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室，上海200093
2 巴黎综合理工学院 应用光学实验室，法国 帕莱索9176
圆偏振飞秒激光泵浦氮气产生的无谐振腔激光效应在远程光学遥感方面具有非常重要的应用前景.然而，空气中氧气分子的存在显著地淬灭了该受激辐射效应.对比研究了氧气和氪、氩、氦这三种气体对于氮气分子前向和背向激射的影响，测量了纯氮气和空气中氮分子荧光的强度.结果表明，氧气和氪气这两种电离能非常接近的气体呈现出十分相似的淬灭作用；而氦气因为电离能极大，并不呈现出显著的淬灭作用.因此，可得氧气对于氮气分子激射淬灭作用的主要原因在于其引起的光丝内激光强度的下降，从而使得自由电子能量降低，导致碰撞激发效率下降.
Nonlinear optics Air lasing Ultrafast spectroscopic technology Quenching effect Femtosecond pulses 非线性光学 空气激光 超快光谱技术 淬灭效应 飞秒脉冲
1 上海大学理学院物理系, 上海 200444
2 上海科技大学-上海光学精密机械研究所超强超快联合实验室, 上海 201210
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300110
回顾了近年来利用超快自旋动力学过程产生太赫兹(THz)辐射的研究进展。介绍了基于逆自旋霍尔效应和逆Rashba-Edelstein效应的瞬态自旋流-电荷流转换,指出铁磁/非磁性异质结构已被用于设计低成本、高效率的THz辐射源。通过优化膜厚、生长条件、衬底和结构,可进一步提高基于自旋电子学的THz发射器的效率和带宽。简述了THz发射光谱在研究超快自旋泽贝克效应形成动力学中的应用。
非线性光学 太赫兹辐射 超快光谱 自旋流 逆自旋霍尔效应 自旋泽贝克效应
国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
新型半导体材料的发展是推动信息产业和光电产业发展的基石，探索新材料内在的物理机制是发展下一代光电器件的必然要求。作为太赫兹时域光谱的改进技术，时间分辨的太赫兹光谱探测是研究半导体瞬态光响应的有力支撑，文中将对光学泵浦太赫兹探测技术的原理、特点进行介绍。最后说明太赫兹超快光谱在物质科学领域的运用及发展趋势。
半导体材料 载流子动力学 超快光谱 太赫兹 semiconductor carrier dynamics ultrafast spectroscopy terahertz
