Recently, an alternative approach to dynamic nuclear polarization (DNP) in the liquid state was introduced using optical illumination instead of microwave pumping. By exciting a suitable dye to the triplet state which undergoes a diffusive encounter with a persistent radical forming a quartet-doublet pair in the encounter complex, dynamic electron polarization (DEP) is generated via the radical-triplet pair mechanism. Subsequent cross-relaxation generates nuclear polarization without the need for microwave saturation of the electronic transitions. Here, we present a theoretical justification for the initial experimental results by means of numerical simulations. These allow investigation of the effects of various experimental parameters, such as radical and dye concentrations, sample geometry, and laser power, on the DNP enhancement factors, providing targets for experimental optimization. It is predicted that reducing the sample volume will result in larger enhancements by permitting a higher concentration of triplets in a sample of increased optical density. We also explore the effects of the pulsed laser rather than continuous-wave illumination, rationalizing the failure to observe the optical DNP effect under illumination conditions common to DEP experiments. Examining the influence of the illumination duty cycle, the conditions necessary to permit the use of pulsed illumination without compromising signal enhancement are determined, which may reduce undesirable laser heating effects. This first simulation of the optical DNP method therefore underpins the further development of the technology.

中文翻译：

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光产生的Overhauser动态核极化：数值分析。

近来，使用光学照明代替微波泵浦引入了液态的动态核极化（DNP）的替代方法。通过将合适的染料激发到三重态，该三重态与在相遇复合物中形成四重体-对偶对的持久性自由基进行扩散相遇，通过自由基-三重态对机制生成了动态电子极化（DEP）。随后的交叉松弛产生核极化，而无需使电子跃迁的微波饱和。在这里，我们通过数值模拟为初始实验结果提供了理论依据。这些可以研究各种实验参数（例如自由基和染料的浓度，样品的几何形状以及激光功率）对DNP增强因子的影响，提供实验优化目标。可以预见的是，减少样品的体积将通过允许更高浓度的三倍体在光密度增加的样品中产生更大的增强作用。我们还探索了脉冲激光而不是连续波照明的效果，合理化了在DEP实验常见的照明条件下无法观察到光学DNP效果的失败。检查照明占空比的影响，确定允许使用脉冲照明而不损害信号增强所需的条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟为该技术的进一步发展奠定了基础。可以预见的是，减少样品的体积将通过允许更高浓度的三倍体在光密度增加的样品中产生更大的增强作用。我们还探索了脉冲激光而不是连续波照明的效果，合理化了在DEP实验常见的照明条件下无法观察到光学DNP效果的失败。检查照明占空比的影响，确定允许使用脉冲照明而不损害信号增强所需的条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟为该技术的进一步发展奠定了基础。可以预见的是，减少样品的体积将通过允许更高浓度的三倍体在光密度增加的样品中产生更大的增强作用。我们还探索了脉冲激光而不是连续波照明的效果，合理化了在DEP实验常见的照明条件下无法观察到光学DNP效果的失败。检查照明占空比的影响，确定允许使用脉冲照明而不损害信号增强所需的条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟支持了该技术的进一步发展。我们还探索了脉冲激光而不是连续波照明的效果，合理化了在DEP实验常见的照明条件下无法观察到光学DNP效果的失败。检查照明占空比的影响，确定允许使用脉冲照明而不损害信号增强所需的条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟为该技术的进一步发展奠定了基础。我们还探索了脉冲激光而不是连续波照明的效果，合理化了在DEP实验常见的照明条件下无法观察到光学DNP效果的失败。检查照明占空比的影响，确定允许使用脉冲照明而不损害信号增强所需的条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟为该技术的进一步发展奠定了基础。确定了允许使用脉冲照明而不损害信号增强的必要条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟为该技术的进一步发展奠定了基础。确定了允许使用脉冲照明而不损害信号增强的必要条件，这可能会降低不良的激光加热效果。因此，光学DNP方法的第一个模拟支持了该技术的进一步发展。