超快能量传递对光合作用原初过程具有非常重要的意义，而以聚集体形式存在的色素分子在光合能量传递过程中扮演着重要的角色。因此，很多实验室致力于合成并表征与之相似的人工模拟系统，来阐明其中的传能机理。而研究单体分子与二聚体分子的光物理作用可以帮助我们理解分子聚集体的光物理性质以及设计新颖的人工光合模拟体系。R-藻红蛋白(R-PE)是一类最为重要的藻红蛋白，它是许多海藻中前级捕光色素蛋白。其发色团含量较高，研究其中各个色素间的能量传递途径对于阐明生物光合作用机理具有非常重要的指导意义。为此，我们分别对上述光合模拟体系以及捕光蛋白系统进行了一系列的超快光谱研究。　　 首先，为了探测飞秒时间分辨的微弱荧光信号，我们发展了基于非共线光参量放大原理(NOPA)的瞬态荧光测量技术，并对系统的特性进行了深入研究，解决了在荧光光谱测量中所遇到的光谱失真等问题。利用这种技术，我们直接观测到了单体分子向二聚体分子的能量传递而导致的荧光淬灭现象，进一步证明光参量荧光放大技术在研究超快时间分辨光化学和光物理辐射过程中的实用性与高效性。接下来，我们利用此方法测量了藻红蛋白的时间分辨荧光光谱，首次将光参量荧光放大技术推广至光合蛋白体系的超快研究。　　 具体的研究成果有如下几个方面：　　 a).阐明了在光参量荧光放大过程中光谱展宽和失真的机理，发现信号放大后的光谱宽度与它的脉冲宽度是受测不准原理限制的。另外，我们还证明了非线性光学晶体在宽光谱范围内的非均匀增益是引起光谱失真的主要因素。理论模拟表明，通过调节合适的参量，如非共线夹角以及相位匹配角等，便可以在很宽的频谱范围内实现均匀放大，从而得到比较真实的光谱。更重要的是，我们还提出了对失真后的放大光谱进行矫正的方法，即通过测量相同实验条件下参量超荧光的光谱来获得参量放大的增益曲线，从而得到真实的瞬态荧光光谱。　　 b).研究了由三嗪环连接的苝四甲酰二亚胺(PDI)三聚体分子，其中的两个PDI分子形成了面对面的几何结构，而第三个PDI分子以单体的形式存在。通过瞬态吸收测量，我们证明了在三聚体内存在着单体向二聚体的能量传递过程，并结合共激发模型给出了传能时间约为0.8 ps，与LH2中B800到B850的传能过程类似。利用光参量荧光放大技术，我们直接观测到PDI三聚体内单体的荧光淬灭动力学，为能量转移过程的存在提供了直接的证据，且方法简单直接，不依赖于所选模型，并得到更为精确的时间常数0.82 ps。　　 c).为了进一步了解上述光合模拟体系中PDI二聚体的结构与光学性质间的关系，我们又对取代基不同的两种PDI二聚体分子进行了瞬态吸收光谱的研究。结果表明，耦合较强的二聚体分子在光激发后会很快弛豫到最低激子态，并在几个皮秒后形成较稳定的激基复合物。而耦合较弱的二聚体分子不仅形成激基复合物的过程较慢，而且其能量还会回传至最低激子态，导致它的荧光光谱以及寿命等发生明显的变化。　　 d).借助于光参量荧光放大技术，我们对R-PE各个发色团间的能量传递过程进行了深入的研究，证明了在蛋白系统内存在的一些传能途径。例如，通过测量激发藻尿胆素后R-PE的飞秒时间分辨的瞬态荧光变化，我们直接观测到藻尿胆素向藻红胆素约3 ps的快速能量传递过程。