美国研究人员利用利用“泵浦-探测”(pump-probe)技术克服光的衍射极限(diffraction limit)，首度以不需使用荧光卷标的远场光学成像技术(far-field optical imaging)，取得分辨率极高的纳米结构影像。

 

在过去，如果要以光学显微镜拍摄纳米结构的影像，得靠荧光辅助将讯号读出，不过最近由Ji-Xin Cheng领导的普渡大学及加州大学尔湾(Irvine)校区研究团队发展出一种名为“饱和瞬变吸收显微术”(saturated transient absorption microscopy)的新技术，利用泵浦-探测过程来为非荧光物体成像，其操作原理是利用一道泵浦激光造成样品电荷载子密度的扰动，接着再以探测激光量测透射率的变化。

 

上述团队在实验中以波长1064 nm的激光脉冲照射直径约100 nm的石墨烯纳米片(nanoplatelet)，即使关掉此泵浦激光，样品仍会持续发光达数飞秒，期间研究人员将波长830 nm的探测激光脉冲送入样品，激发样品发光。最后他们以截面呈甜甜圈状的激光光照射样品，使位于激光焦点四周环状区域的样品电子跃迁达到饱和，此举的目的是要确保探测激光只能调制焦点中心的样品。

 

该团队利用上述三道对齐的激光，以次波长的分辨率为物体进行高速成像，个中的关键在于泵浦激光激发的电荷载子会在20-30飞秒(1 fs=10 -15 s)内迅速复合，与光子的作用时间则长达100飞秒至数皮秒(1 ps=10-12 s)，导致样品被暂时「漂白」(bleach)至基态，因此只有焦点中心才能产生吸收讯号。

 

虽然此技术目前只用于为石墨烯纳米成像，但可望推广至其它能强烈吸收光的纳米结构，如氧化锌及氧化铁。该团队目前正努力想将分辨率推进至50 nm，以便用来研究更细微的结构，例如石墨烯的纳米畴域(nanodomain)。详见近期的Nature Photonics | doi:10.1038/nphoton.2013。