二維電子光譜（2DES）是一種超快激光光譜技術(shù)，可以探測樣品的電子、能量和空間分布。它類似于核磁共振技術(shù)，能以高空間分辨率確定復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，是一種能使結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)生革命性變化的光譜技術(shù)。二維電子光譜（2DES）是時(shí)間分辨非線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，因?yàn)樗芴峁┯嘘P(guān)系統(tǒng)三階非線性響應(yīng)的最大信息量，而且任何其他三階非線性光譜（如泵浦探針）都包含在二維光譜中。在具有多個(gè)相互作用成分的系統(tǒng)中，二維非線性光譜可充分發(fā)揮其威力。2DES可提供二維光譜，展現(xiàn)激發(fā)與發(fā)射頻率之間的相關(guān)性，同時(shí)具有很高的光譜和時(shí)間分辨率。2DES可以剖析擁塞的光譜，揭示躍遷之間的分子聯(lián)系，從而為闡明樣品的整體功能提供了一種方法。

這項(xiàng)技術(shù)要求樣品與3個(gè)激光脈沖序列相互作用，并且其中兩個(gè)必須是具有可變延遲的鎖相復(fù)制脈沖，可通過NIREOS的GEMINI-2D干涉儀輕松生成，方法是將其置于樣品之前的泵浦光束中，從而將泵浦探測裝置轉(zhuǎn)變?yōu)?DES光譜儀。

2DES的優(yōu)勢

與其他非線性光譜技術(shù)相比，2DES具有以下優(yōu)勢：

(i) 在一維實(shí)驗(yàn)中，有可能將光譜重疊的非線性信號(hào)分開，從而將其區(qū)分開來。對(duì)交叉峰的分析可揭示樣品吸收光譜中的不同躍遷是來自相同、還是不同的分子種類，并可量化不同激發(fā)態(tài)之間的耦合和相關(guān)性。

(ii) 2DES可消除不均勻展寬，測量光學(xué)躍遷的均勻線寬，從而在高度擁擠的光譜中找出單個(gè)信號(hào)。

(iii) 2DES可以實(shí)時(shí)跟蹤光激發(fā)后耦合電子動(dòng)力學(xué)演變的平行路徑。這使得二維技術(shù)成為一種特別強(qiáng)大的工具，可通過多個(gè)通道同時(shí)跟蹤從起點(diǎn)到終點(diǎn)的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移過程。

(iv) 2DES克服了傅立葉極限，同時(shí)獲得高時(shí)間分辨率（跟蹤飛秒時(shí)間尺度上發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化）和光譜分辨率（以高光譜精度分辨重要帶寬上的激發(fā)和發(fā)射能量）。

(v) 通過分析交叉峰來探測分子間的電子耦合，或操縱脈沖極化，可以獲取有關(guān)發(fā)色團(tuán)相對(duì)空間排列的結(jié)構(gòu)信息。2DES可以將分子結(jié)構(gòu)（由X射線晶體學(xué)確定）與電子能級(jí)聯(lián)系起來，在某些情況下，它還可以幫助人們深入了解未知的分子結(jié)構(gòu)。

工作原理

在選定的探測波長和固定的時(shí)間T2下，振蕩瞬態(tài)信號(hào)是兩個(gè)泵浦脈沖之間相對(duì)延遲T1的函數(shù)。

對(duì)每個(gè)探針波長的T1函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，就可以獲得與探測波長和激發(fā)波長函數(shù)相關(guān)的二維譜圖。