二維電子光譜（2DES）是一種超快激光光譜技術，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，能以高空間分辨率確定復雜的分子結構，是一種能使結構生物學發生革命性變化的光譜技術。二維電子光譜（2DES）是時間分辨非線性光學實驗設備，因為它能提供有關系統三階非線性響應的最大信息量，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。在具有多個相互作用成分的系統中，二維非線性光譜可充分發揮其威力。2DES可提供二維光譜，展現激發與發射頻率之間的相關性，同時具有很高的光譜和時間分辨率。2DES可以剖析擁塞的光譜，揭示躍遷之間的分子聯系，從而為闡明樣品的整體功能提供了一種方法。

這項技術要求樣品與3個激光脈沖序列相互作用，并且其中兩個必須是具有可變延遲的鎖相復制脈沖，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變為2DES光譜儀。

2DES的優勢

與其他非線性光譜技術相比，2DES具有以下優勢：

(i) 在一維實驗中，有可能將光譜重疊的非線性信號分開，從而將其區分開來。對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，并可量化不同激發態之間的耦合和相關性。

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

(iii) 2DES可以實時跟蹤光激發后耦合電子動力學演變的平行路徑。這使得二維技術成為一種特別強大的工具，可通過多個通道同時跟蹤從起點到終點的激發能量轉移過程。

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

(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，可以獲取有關發色團相對空間排列的結構信息。2DES可以將分子結構（由X射線晶體學確定）與電子能級聯系起來，在某些情況下，它還可以幫助人們深入了解未知的分子結構。

工作原理

在選定的探測波長和固定的時間T2下，振蕩瞬態信號是兩個泵浦脈沖之間相對延遲T1的函數。

對每個探針波長的T1函數進行傅里葉變換，就可以獲得與探測波長和激發波長函數相關的二維譜圖。