瞬态吸收显微镜是一种高级的光学成像技术，它依赖于飞秒激光的特性来捕获材料和分子的瞬时动态过程。飞秒激光脉冲的特点是其极短的脉冲持续时间，通常在飞秒（10^-15秒）量级，这使得它们能够精确地激发样品而不产生热效应。此外，飞秒激光脉冲的高峰值功率确保了足够的能量密度来激发样品。通过使用两束光脉冲——一束用于激发样品，另一束用作延时的探测光——瞬态吸收显微镜可以测量样品在受激后的吸收特性变化。
 

图 1. （a） 红色SPA-TCT中通常的照明和电荷产生示意图。（b） 近红外SPA-TCT示意图。通常从顶部、背面和特定边缘进行照明。电荷沿着光束传播路径产生。（c） TPA-TCT示意图，显示简化为椭球体的过量电荷载流子的体积。通常从顶部和背面进行照明。也可以从边缘进行照明，但深度通常受到高聚焦的限制。

这种技术的关键在于两束光脉冲之间的精确时间控制。通过改变激发光和探测光之间的时间延迟，瞬态吸收显微镜能够以极高的时间分辨率捕捉样品的动态变化。这一点对于研究快速过程，如电子转移、化学键的形成和断裂，以及能量的转移等至关重要。这种精确的时间控制不仅提供了对瞬时过程的洞见，而且还使科学家能够构建出动态过程的完整时间轮廓，从而更好地理解物质的物理和化学性质。
  在化学反应动力学领域，瞬态吸收显微镜发挥着至关重要的作用。这项技术使科学家能够直接观察和记录反应物分子在光激发后的电子和分子结构变化。例如，在光合作用研究中，利用瞬态吸收显微镜可以观察到光激发后叶绿素分子中电子的快速转移。这种精确的时间分辨能力对于揭示复杂的化学反应机制至关重要，帮助科学家更好地理解和控制这些过程。
  在材料科学中，瞬态吸收显微镜对于研究新型材料的光学和电子特性至关重要。通过观察半导体、光电材料和纳米结构材料在光激发下的行为，科学家能够更好地了解这些材料的性能，进而指导新型光电器件和材料的设计。例如，瞬态吸收显微镜能够揭示半导体材料中载流子（电子和空穴）的生成和复合过程，这对于开发更高效的太阳能电池和光电探测器至关重要。
  最后，飞秒激光在瞬态吸收显微镜中的应用不仅限于化学和材料科学。在生物学领域，这项技术同样展现了其强大的潜力。例如，瞬态吸收显微镜可用于研究蛋白质和其他生物大分子的光激发动态，揭示这些分子在光激发下的结构变化和功能演化。同时，随着纳米技术的发展，飞秒激光还被用于评估新型纳米材料的性能，如量子点和纳米线，这些材料在光电器件和生物医学应用中显示出巨大的潜力。
  综上所述，飞秒激光在瞬态吸收显微镜中的应用极大地拓展了科学研究的范围，为化学、物理、材料科学和生物学等多个领域的研究提供了强大的工具。这种技术的独特优势在于其极高的时间分辨率和精确的样品激发能力，使得科学家能够捕捉并理解各种快速和复杂的动态过程。随着飞秒激光技术的不断进步，我们可以期待瞬态吸收显微镜在未来科学研究中发挥更加重要的作用。

参考文献：
Azahara Almagro-Ruiz et al. "Fiber laser system of 1550  nm femtosecond pulses with configurable properties for the two-photon excitation of transient currents in semiconductor detectors.." Applied optics, 61 32 (2022): 9386-9397 . https://doi.org/10.1364/ao.470780.