研究範圍
Research-areas
近20年來，我們的研究興趣集中於有機溶液與簡單液體在femtosecond (fs)至second (s)時域間的分子動力性質。利用我們已熟悉的Z-scan技術、pump-probe量測技術、激態吸收頻譜量測技術、time correlated single photon counting (簡稱為TCSPC)量測技術、以及新近發展的熱擴散致被迫瑞利散射技術(thermal diffusion forced Rayleigh scattering，簡稱為TDFRS)，我們先簡略說明各個研究的並解釋其內容。有機染料在暫態時域的熱性質研究
在本計畫裏，我們以2.8 nanosecond (ns)的雷射脈衝以及包跡(envelop)時寬為21 ns的19 picosecond (ps)脈衝串為光源(三者的波長都為532 nm)，調查chloroaluminum phthalocyanine (ClAlPc)-methanol、silicon naphthalocyanine derivative (SiNc)-toluene與C60-toluene等三種溶液的熱透鏡效應。根據實驗結果與理論分析，我們結論2.8 ns脈衝所造成的熱透鏡效應是一種暫態(transient)效應，而21 ns 包跡內19 ps 脈衝串所造成的熱透鏡效應則屬一種穩態(steady)效應。有機溶液的質量傳輸性質、激態吸收機制與暫態熱性質的研究
我們以19 ps雷射脈衝入射至室溫下(298 K)濃度為4.2 * e17 cm-3的ClAlPc-ethanol溶液時，如果脈衝能量超過一個threshold(介於2.3與 6.6uj之間)，溶質分子所吸收到的光能會轉換為充分的translational excess energy，而由光斑中心向邊緣處傳輸，但當這些溶質分子由2.8 ns的雷射脈衝吸收更多光能，進而造成更大的溶液溫度梯度時，卻無法由光斑中心朝向光斑邊緣處傳輸，這說明19 ps脈衝所造成的溶質分子質量傳輸並非源自大部分文獻所提示的熱過散(thermal diffusion，或稱Soret effect，是一種準靜(quasistatic)過程)。為解釋實驗結果，我們提出了一個位能井模型：「在ClAlPc-ethanol溶液中，inter-molecular energy transfer time (tens of ps 與19 ps脈衝的時寬相當，因此被19 ps脈衝激發的溶質分子可以保留較多的excess energy，使translational energy超過鄰近溶劑分子吸引力所造成的位能障礙，進而由光斑中心朝向光斑邊緣處傳輸；反之，因為inter-molecular energy transfer time(tens of ps )遠短於2.8 ns的脈衝時寬，受2.8 ns脈衝激發的溶質分子將較大比例的被吸收光能傳予鄰近溶劑分子，致無法保留足夠的(translational) excess energy使translational energy超過位能障礙，進而由光斑中心向光斑邊緣處傳輸。因為溶質分子從2.8 ns雷射脈衝吸收較多光能，造成較大的溶液溫度梯度，但卻無法造成質量傳輸效應，我們推論19 ps 雷射脈衝所引起的溶質分子質量傳輸是一種非準靜(non-quasistatic)過程，啟動於受激溶液回復至區域熱平衡(local thermal equilibrium)，溫度變得可定義之前。」短脈衝所引起溶質質量傳輸效應與連續光所引起溶質質量傳輸效應間的比較
我們的實驗與理論一致指出：當單一19 ps雷射脈衝能量較低時，它在高濃度溶液中引起的溶質質量傳輸效應弱於在低濃度溶液中所引起者，但當脈衝能量較高時，它在高濃度溶液中引起的溶質質量傳輸效應強於在低濃度溶液中所引起者；另方面，不管633 nm連續光的光強為何，它在高濃度溶液中引起的溶質質量傳輸效應都強於在低濃度溶液中所引起者。差異產生的原因在於inter-molecular excess energy transfer過程約費時13 ps，因此在19 ps雷射脈衝光照過程中，inter-molecular excess energy 並不明顯，以致被溶質分子吸收的光能幾乎全部藉intra-molecular excess energy conversion過程均分給各該分子中的眾自由度(包括平移自由度)；然而在連續光源照射過程中，inter-molecular excess energy transfer非常明顯，以致被吸收的光能幾乎已均勻地被溶質與溶劑分子所分佔。