시간 분해 분광학의 발전은 화학 및 물리 시스템에서의 초고속 과정을 관찰하는 우리의 능력을 크게 향상시켰다. 펨토초 분광학은 일관된 핵 운동의 개시와 실시간 관찰을 가능하게 한다. 핵 파동 패킷(nuclear wave packets, NWP)의 전파로부터 얻어지는 일관된 진동 스펙트럼(coherent vibrational spectrum, CVS)은 잠재 에너지 표면과 구조 동역학을 포함하여 화학 과정의 성격을 규명하는 데 강력한 도구로 활용된다. 시간 분해 형광(time-resolved fluorescence, TF)은 여기 상태 동역학을 연구하는 고전적인 기법이다. 자발 방출을 기록함으로써 TF는 방출 종을 선택적으로 검출할 수 있다는 독특한 장점을 제공한다. 시간 분해능에 대한 지속적인 개선은 TF의 활용 범위를 단순한 집단(인구) 동역학을 넘어, 초고속 일관 현상 및 구조 변화의 직접 관찰까지 포함하도록 확장하였다. 형광 업컨버전을 기반으로 하는 현대적인 TF 장치는 이제 30 fs의 시간 분해능을 달성할 수 있어 NWP의 운동을 검출할 수 있다. 또한 TF로부터 유도된 CVS는 여기 상태 과정만을 반영하므로, 양자 화학 계산과의 통합을 통해 여기 상태 분자 동역학에 대한 보다 정확하고 상세한 해석이 가능해진다. 본 총설에서는 NWP 동역학을 포착하기에 적합한, 30 fs까지의 짧은 시간 분해능을 달성하기 위한 기법 및 장치를 포함하여 고시간 분해 TF의 발전 과정을 제시한다. 아울러 TF에 대한 간단한 이론적 개요와, 양자 화학 및 분자 동역학 시뮬레이션을 이용해 NWP를 계산하는 접근법을 함께 제공한다. 두 가지 응용 사례를 논의한다. 첫째, 153-쿠마린(coumarin 153)을 S1 상태의 프랑크-콘던(Franck–Condon) 영역으로 광여기하는 과정에서 TF로 NWP 운동을 기록하는 가능성을 시연한다. 진동 변위로부터의 실험적 및 계산된 CVS는 좋은 일치를 보인다. 둘째, 10-하이드록시벤조[h]퀴놀린(10-hydroxybenzo[h]quinoline, HBQ)에서 여기 상태 분자내 양성자 전달(excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT) 동역학을 조사하기 위해 TF를 사용한다. HBQ는 20 fs 미만에서 초고속 ESIPT를 겪기 때문에, TF는 생성물의 CVS를 포착하며, 그 진폭과 위상은 화학 반응과 연관된 잠재 에너지 표면을 반영한다. 양자 화학 계산 및 분자 동역학 시뮬레이션과 결합함으로써 TF는 ESIPT 과정에 대한 상세한 그림을 제공한다. 지문 영역(fingerprint region)까지 확장되는 약 20 fs 수준의 더 높은 시간 분해능을 목표로 한 TF의 추가 발전은 화학 반응 동안의 포괄적인 진동 스펙트럼과 시간 분해 구조 변화를 포착하는 데 큰 잠재력을 가진다.

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