Femtosecond laser with frequency conversion, pulse shaping, and detection at 100 kHz repetition rate

具有频率转换、脉冲整形和 100 kHz 重复率检测功能的飞秒激光器

基本信息

  • 批准号:
    447563061
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Major Research Instrumentation
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2019-12-31 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

We request a new femtosecond laser at 100 kHz repetition rate that will allow us to develop and apply various rapid-scan transient absorption, two-dimensional (2D) spectroscopy, and 2D microscopy techniques with fast data acquisition, improving speed by a factor of up to 100 and allowing new measurement modalities. In particular, we plan to realize shot-to-shot modulation and detection at 100 kHz repetition rate for transient absorption, third-order and fifth-order exciton–exciton-interaction 2D spectroscopy in pump–probe geometry, 2D spectroelectrochemistry, multidimensional multiquantum fluorescence spectroscopy, 2D fluorescence microscopy, ultrafast single-molecule spectroscopy, and quantum control landscape analysis. We propose the 100 kHz repetition rate for all components of the total system, i.e., the laser, frequency conversion via noncollinear optical parametric amplification, a femtosecond pulse shaper, a single-pixel fluorescence detector, a spectrometer-and-camera system for transient absorption detection of probe pulses, and the data acquisition system. Employing rapid-scan methods through 100-kHz shot-to-shot pulse shaping and the associated speed-up in measurement time will facilitate the investigation of kinetically unstable chemical species, additional averaging for improved signal-to-noise ratio, scanning of additional parameters for 3D, 4D, and 5D spectroscopy, accessing higher orders (fourth to tenth) of the response function, micro-spectroscopy of heterogeneous material systems with 300 nm spatial resolution, and other measurement concepts. It is estimated that up to one billion distinct nonlinear signals (i.e., pulse-train time-delay and phase combinations) can be obtained in three hours of data acquisition. Evaluation of the massive data volume is being developed via artificial intelligence approaches (a combination of neural networks and genetic algorithms). Scientific topics to be addressed include the resolution of exciton transport in functional organic materials, exciton annihilation, systematic comparison of exciton diffusion in 1D, 2D, and 3D materials, dynamic processes and charge transfer in biradicals, exciton–phonon coupling in 2D materials, and the investigation of strong coupling in photonic hybrid structures. Currently, the group has no laser system available with the required technical parameters. The proposed device shall form the core of a new laboratory in the “Center for Nanosystems Chemistry” (CNC) at the University of Würzburg. A dedicated microscopy cryostat for ultrafast, spatially resolved 2D experiments will be financed by separate funds to reduce the overall cost of the current proposal.
我们要求以100 kHz的重复速率要求新的飞秒激光器,这将使我们能够开发和应用各种快速数据习得的快速速度抽象,二维(2D)光谱和2D显微镜技术,并将速度提高到100倍,并允许新的测量模态。特别是,我们计划以100 kHz的重复速率实现射击调节和检测,以进行短暂的抽象,三阶和五阶激子 - 激子 - 表面互动2D光谱,在泵 - 探针几何形状,2D Spoproelectroctry,多维多中性荧光相光谱,2D Spoproectroctroscome,2D Specroelectroctrospercly,2D量子控制景观分析。我们提出了总系统的所有组件的100 kHz重复率,即激光,通过非校准光学参数扩增的频率转换,一种飞秒脉冲变形器,单像素荧光探测器,光谱仪和轴相机系统,用于临时估计探测概率脉冲脉冲脉冲系统和数据采集系统。通过100 kHz进行快速扫描方法,通过100 kHz射击脉冲成型以及测量时间的相关加速将有助于动力学上不稳定的化学物种的投资,以提高信噪比的额外平均值,对3D,4D和5D光谱的其他参数进行扫描,对较高级数的较高级数(4D和5D)的响应(4D spection conterme)(四个响应)(四个响应功能)具有300 nm的空间分辨率和其他测量概念。据估计,在三个小时的数据采集中,可以获得多达十亿个不同的非线性信号(即脉冲训练时间延迟和相组合)。大规模数据量的评估是通过人工智能方法(神经网络和遗传算法的组合)开发的。要解决的科学主题包括解决功能性有机材料中令人兴奋的运输,令人兴奋的歼灭,对1D,2D和3D材料中令人兴奋的扩散的系统比较,Biradicals中的动态过程和电荷转移,令人兴奋的2D材料中的Phonon耦合以及在光子杂化结构中的强大搭配。当前,该组没有带有所需技术参数的激光系统。拟议的设备应构成Würzburg大学“纳米系统化学中心”(CNC)的新实验室的核心。单独的资金将可以通过空间解决的2D实验进行专用的显微镜​​低温恒温器,以降低当前建议的整体成本。

项目成果

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