CN110280776A - 基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，属于飞秒激光应用技术领域。本方法首先通过种子液生长法合成金纳米棒溶液；然后将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，子脉冲的能量可调且时间间隔调节范围在0.01～100ps之间；然后将得到的飞秒激光脉冲序列引入到金纳米棒溶液，通过控制入射到金纳米棒溶液脉冲序列的时间和搅拌速度，从而实现金纳米棒形状和长径比的高效可控，制备出具有特定物理性能的金纳米棒。

Description

基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，属于飞秒激光应用技术领域。
背景技术
金纳米棒由于其独特物理性质而在众多的各向异性金纳米颗粒中赢得了关注。目前，金纳米棒在纳米电子学、光学、生物医药等研究领域均具有良好的应用前景。
在上述的各项应用中，金纳米棒的形状和长径比决定了它的许多物理性质，如何高效的调控金纳米棒的形状和长径比是一项急需解决的难题。目前主要通过模板法、电化学方法、种子生长法、无种子生长法等方法调控金纳米棒的结构和物理性能。但是，金纳米棒的形貌受到各种物理、化学因素的影响，制备条件复杂，合成过程可控性低。
针对此问题，为了更精确地控制金纳米棒的形貌，对既有粒子做后期重塑形成为了一个解决办法。基于表面活性剂对粒子晶面的保护程度不同，利用化学腐蚀可以获得任意长径比的粒子，但是此方法一定程度上降低了金盐的利用率。同时，由于纳米尺度粒子表面的原子比体相中活跃，通过热处理可以改变金纳米棒的形貌，使其共振峰蓝移，但是该反应过程缓慢，控制精度较低。
发明内容
本发明的目的是基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，通过种子液生长法合成金纳米棒溶液，通过把传统的飞秒激光调制为飞秒激光脉冲序列，改变脉冲序列的参数，调控金纳米棒表面的电场分布，从而实现金纳米棒形状和长径比的高效可控。
本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法，包括以下步骤：
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为(0.3～0.5)mmol/L、(0.07～0.09)mol/L和(0.7～0.9)mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.07～0.09mol/L、0.4～0.6mmol/L、0.06～0.07mmol/L和0.6～0.9mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:(143～250)；
(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为0.2～2.1mJ/cm2，两个子脉冲之间的时间间隔为0.01～100ps；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300～800rpm度，激光脉冲序列辐照时间为5～45min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
上述的纳米棒增强整形方法中，将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为含有两个子脉冲的脉冲序列，相邻子脉冲之间的时间间隔为0.01～50ps。
本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统，飞秒激光器、衰减片、第一分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、电控快门、二向色镜、玻璃器皿、磁力搅拌器、第二分束镜、照明灯和相机；其中，
飞秒激光器、衰减片、第一分束镜、第一反射镜和第二反射镜构成共光轴，通过第一分束镜的脉冲序列依次经过第三反射镜和二向色镜，电控快门设置在第三反射镜和二向色镜之间，二向色镜一侧设置装有金纳米棒溶液的玻璃器皿和磁力搅拌器，二向色镜另一侧设置有第二分束镜、照明灯和相机组成的观测系统，飞秒激光器产生的飞秒激光脉冲经过衰减片调节能量后，通过第一分束镜产生两束激光，分别通过第一反射镜和第二反射镜改变传播方向，使得两束光再次通过第一分束镜，通过改变第一反射镜的位置，调整双脉冲序列的两个子脉冲间的时间间隔，得到所需的脉冲序列，整形得到的脉冲序列由第三反射镜改变传播方向，经过电控快门，再由二向色镜改变传播方向，最后辐照到装有金纳米棒溶液的玻璃器皿中，金纳米棒溶液由磁力搅拌器搅拌。
本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，其优点是：
1、本发明的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法，相比于已有的化学法等制备不同形状和长径比的金纳米棒，已有的化学法反应条件复杂、反应过程可控性差，本发明利用飞秒激光脉冲序列加工金纳米棒溶液时，利用合理设计的脉冲序列辐照金纳米棒溶液，即可制备出不同形状和长径比的金纳米棒，制备过程相对简单。
2、本发明方法中，通过调节两个子脉冲的时间间隔和通量，双脉冲序列作用下的金纳米棒形状和长径比改变程度大于传统单脉冲作用，即可实现对金纳米棒形状和长径比的增强调控。
3、本发明的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统，可以对将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，而且操作方便。
附图说明
图1是本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统的结构示意图。
图2是本发明实施例1中，采用单脉冲辐照的激光通量为1.25mJ/cm2的金纳米棒透射电镜图。
图3是本发明实施例2中，采用时间间隔为100fs、激光通量为1.25mJ/cm2双脉冲序列的脉冲辐照的增强整形金纳米棒透射电镜图。
图1中，1是飞秒激光器，2是衰减片，3是第一分束镜，4是.第一反射镜(放置在运动平台上)，5是第二反射镜，6是第三反射镜，7是电控快门，8是二向色镜，9是玻璃器皿(金纳米棒溶液放置其中)，10是磁力搅拌器，11是第二分束镜，12是照明灯，13是相机。
具体实施方式
本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法，包括以下步骤：
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为(0.3～0.5)mmol/L、(0.07～0.09)mol/L和(0.7～0.9)mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.07～0.09mol/L、0.4～0.6mmol/L、0.06～0.07mmol/L和0.6～0.9mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:(143～250)；
(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为0.2～2.1mJ/cm2，两个子脉冲之间的时间间隔为0.01～100ps；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300～800rpm度，激光脉冲序列辐照时间为5～45min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
上述金纳米棒增强整形方法中，将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为含有两个子脉冲的脉冲序列，相邻子脉冲之间的时间间隔为0.01～50ps。
下面结合附图以及实施例对本发明的金纳米棒增强整形方法做进一步介绍：
实施例1
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为0.3mmol/L、0.09mol/L和0.7mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.09mol/L、0.4mmol/L、0.06mmol/L和0.6mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:250；
(3)不调制飞秒激光的单脉冲，直接采用单脉冲作用，其中飞秒激光的单脉冲激光通量调为1.25mJ/cm2；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300rpm，激光脉冲序列辐照时间为30min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
实施例1整形得到的金纳米棒的透射电镜图如图2所示。
实施例2
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为0.3mmol/L、0.09mol/L和0.7mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.09mol/L、0.4mmol/L、0.06mmol/L和0.6mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:250；
(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为1.25mJ/cm2，两个子脉冲之间的时间间隔为100fs；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300rpm，激光脉冲序列辐照时间为30min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
本实施例2整形得到的金纳米棒的透射电镜图如图3所示，从图3与图2的对比可以看出，当激光通量相同时，将单脉冲调制为双脉冲序列，可调节金纳米棒表面的电场分布，从而使得加工所得的金纳米棒形状和长径比发生了改变，而且改变程度大于单脉冲作用，因此可通过调节脉冲序列的时间间隔实现对金纳米棒形状和长径比的增强调控。
实施例3
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为0.35mmol/L、0.82mol/L和0.74mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.074mol/L、0.46mmol/L、0.064mmol/L和0.66mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:200；
(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为1.6mJ/cm2，两个子脉冲之间的时间间隔为100fs；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为500rpm，激光脉冲序列辐照时间为30min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
实施例4
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为0.5mmol/L、0.07mol/L和0.9mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.07mol/L、0.6mmol/L、0.07mmol/L和0.9mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:180；
(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为2.1mJ/cm2，两个子脉冲之间的时间间隔为100fs；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300rpm，激光脉冲序列辐照时间为60min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统，其结构如图1所示，包括飞秒激光器、衰减片、第一分束镜、第一反射镜(放置在运动平台上)、第二反射镜、第三反射镜、电控快门、二向色镜、玻璃器皿(金纳米棒溶液放置其中)、磁力搅拌器、第二分束镜、照明灯和相机；其中，
飞秒激光器1、衰减片2、第一分束镜3、第一反射镜4和第二反射镜5构成共光轴，通过第一分束镜3的脉冲序列依次经过第三反射镜6和二向色镜8，电控快门7设置在第三反射镜6和二向色镜8之间，二向色镜8一侧设置装有金纳米棒溶液的玻璃器皿9和磁力搅拌器10，二向色镜8另一侧设置有第二分束镜11、照明灯12和相机13组成的观测系统，飞秒激光器1产生的飞秒激光脉冲经过衰减片2调节能量后，通过第一分束镜3产生两束激光，分别通过第一反射镜4和第二反射镜5改变传播方向，使得两束光再次通过第一分束镜3，通过改变第一反射镜4的位置，调整双脉冲序列的两个子脉冲间的时间间隔，得到所需的脉冲序列，整形得到的脉冲序列由第三反射镜6改变传播方向，经过电控快门7，再由二向色镜8改变传播方向，最后辐照到装有金纳米棒溶液的玻璃器皿9中，金纳米棒溶液由磁力搅拌器10搅拌，通过观测系统进行加工观测。
本发明的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统的一个实施例中，所用的飞秒激光器为相干公司(Coherent)生产的钛蓝宝石激光器，型号Astrella，中心波长800nm，脉冲宽度35fs，重复频率最高1000Hz，最大单脉冲能量为7mJ，光强分布为高斯分布。
本发明系统的一个实施例飞秒激光器1的主要参数为：激光中心波长800nm，重复频率1KHz，脉冲宽度为35fs。
本发明的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统的操作过程如下：
打开飞秒激光器1，产生激光脉冲，通过衰减片2调节激光能量，使其满足金纳米棒整形所需功率要求，在0.2～2.1mJ/cm2之间。调节第一反射镜4的位置，通过改变两束激光的光程差，从而使得两个子脉冲间的时间间隔在t＝0.01～50ps之间。将飞秒激光脉冲序列引入到玻璃器皿9中的金纳米棒溶液中，玻璃器皿9放置在磁力搅拌器10上，并调节光束与磁力搅拌器10的相对位置，使激光通过玻璃器皿9的中心。通过控制入射到金纳米棒溶液脉冲序列的辐照时间，并控制溶液的搅拌速率，从而改变金纳米棒的形状和长径比。其中搅拌速度设定为300～800rpm。通过调节电控快门7的打开时间，控制入射到金纳米棒溶液脉冲序列的辐照时间，通过磁力搅拌器10的搅拌，使得金纳米棒溶液均匀受热，完成加工。
操作过程的一个实施例中，通过调节衰减片2，将激光通量调节为1.25mJ/cm2；通过调节第一反射镜4的位置，得到单脉冲；通过电控快门7，控制入射到金纳米棒溶液脉冲序列的辐照时间为30min,并设定磁力搅拌器10的转速为300rpm,即制备得到了如图2所示长径比为3.56的金纳米棒。
操作过程的另一个实施例中，调节衰减片2，将激光通量调节为1.6mJ/cm2，调节第一反射镜4的位置，使得两个子脉冲间的时间间隔t＝100fs，通过电控快门7，控制入射到金纳米棒溶液脉冲序列的辐照时间为30min，并设定磁力搅拌器10的转速为300rpm，即制备得到了如图3所示长径比为2.5的金纳米棒。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH4)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为(0.3～0.5)mmol/L、(0.07～0.09)mol/L和(0.7～0.9)mmol/L；
(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl4)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C6H8O6)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.07～0.09mol/L、0.4～0.6mmol/L、0.06～0.07mmol/L和0.6～0.9mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:(143～250)；
(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为0.2～2.1mJ/cm2，两个子脉冲之间的时间间隔为0.01～100ps；
(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300～800rpm度，激光脉冲序列辐照时间为5～45min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。
2.如权利要求1所述的金纳米棒增强整形方法，其特征在于，步骤(3)中，将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为含有两个子脉冲的脉冲序列，相邻子脉冲之间的时间间隔为0.01～50ps。
3.一种基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形系统，其特征在于包括飞秒激光器、衰减片、第一分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、电控快门、二向色镜、玻璃器皿、磁力搅拌器、第二分束镜、照明灯和相机；其中，
飞秒激光器、衰减片、第一分束镜、第一反射镜和第二反射镜构成共光轴，通过第一分束镜的脉冲序列依次经过第三反射镜和二向色镜，电控快门设置在第三反射镜和二向色镜之间，二向色镜一侧设置装有金纳米棒溶液的玻璃器皿和磁力搅拌器，二向色镜另一侧设置有第二分束镜、照明灯和相机组成的观测系统，飞秒激光器产生的飞秒激光脉冲经过衰减片调节能量后，通过第一分束镜产生两束激光，分别通过第一反射镜和第二反射镜改变传播方向，使得两束光再次通过第一分束镜，通过改变第一反射镜的位置，调整双脉冲序列的两个子脉冲间的时间间隔，得到所需的脉冲序列，整形得到的脉冲序列由第三反射镜改变传播方向，经过电控快门，再由二向色镜改变传播方向，最后辐照到装有金纳米棒溶液的玻璃器皿中，金纳米棒溶液由磁力搅拌器搅拌。
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