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CN110274885B - 宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置 - Google Patents

宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置 Download PDF

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CN110274885B CN201910595292.0A CN201910595292A CN110274885B CN 110274885 B CN110274885 B CN 110274885B CN 201910595292 A CN201910595292 A CN 201910595292A CN 110274885 B CN110274885 B CN 110274885B
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Abstract

本发明涉及涉及一种宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置；解决了现有宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置操作复杂、成本高且信噪比低的技术问题。一种宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特殊之处在于：包括飞秒脉冲激光器、第一分束镜、光电探测器、第二分束镜、光克尔门单元、探测单元和泵浦单元；飞秒脉冲激光器的出射光路上设置第一分束镜；第一分束镜的反射光路上设置光电探测器，第一分束镜的透射光路上设置第二分束镜；第二分束镜的反射光路上设置泵浦单元，第二分束镜的透射光路上设置光克尔门单元；光克尔门单元包括光克尔门；探测单元包括稳态连续光源、光束整形系统、第一柱面镜组、样品、第二柱面镜组和提升镜。

Description

宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置
技术领域
本发明涉及一种时间分辨吸收光谱装置，具体涉及一种宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置。
背景技术
时间分辨吸收光谱技术是建立在泵浦-探测技术之上的，即以一束激光脉冲泵浦样品，将样品分子泵浦到激发态，并用另一束相对泵浦光经过一定延时的探测光探测样品，探测光与泵浦光在样品内部交叉实现对样品的取样，然后通过测量透过样品的探测光得到样品的吸收光谱特性随延时的变化，即瞬态吸收光谱动力学特性。
宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量技术是指探测光为宽频带光源的时间分辨吸收光谱瞬间单次测量技术。
现有的宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置包括泵浦单元和探测单元，其中泵浦单元中的泵浦光是一束飞秒脉冲激光，探测单元中的探测光是激光泵浦介质产生的超连续谱激光脉冲，或是啁啾放大激光脉冲。现有的宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置存在如下不足：
1、操作复杂、成本高。现有宽谱带时间分辨吸收光谱测量装置采用的探测光大多为基于激光泵浦介质产生的超连续谱激光脉冲或啁啾放大激光脉冲，其中，超连续谱脉冲光的产生是基于激光激发介质的多种非线性效应，不同非线性效应对相位匹配的要求和阈值均不同，因此各种效应之间存在竞争现象，导致产生较稳定超连续谱操作复杂、成本高；另外，啁啾放大激光脉冲是基于激光脉冲的啁啾放大，其调节过程操作复杂、成本高。
2、信噪比较低。现有宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置中的泵浦光和探测光为相干光，它们之间的相干会引入噪声，导致信噪比降低，同时，超连续谱激光脉冲和啁啾激光脉冲的啁啾特性也会影响时间分辨吸收光谱测量的时间精度，进而引入噪声，导致信噪比降低。
发明内容
为了解决现有宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置操作复杂、成本高且信噪比低的技术问题，本发明提供了一种宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置。
本发明的技术解决方案是：
一种宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特殊之处在于：
包括飞秒脉冲激光器、第一分束镜、光电探测器、第二分束镜、光克尔门单元、探测单元和泵浦单元；
所述飞秒脉冲激光器的出射光路上设置第一分束镜；所述第一分束镜的反射光路上设置光电探测器，所述第一分束镜的透射光路上设置第二分束镜；所述第二分束镜的反射光路上设置泵浦单元，所述第二分束镜的透射光路上设置光克尔门单元；
所述光克尔门单元包括光克尔门和第一挡光板；
所述探测单元包括沿光克尔门的入射光路依次设置的稳态连续光源、光束整形系统以及沿光克尔门的出射光路依次设置的第一柱面镜组、样品、第二柱面镜组和提升镜；提升镜的出射光路依次设置影像校正光谱仪和面阵探测器；
所述面阵探测器接所述光电探测器的输出端。
进一步地，所述泵浦单元包括第一反射镜、设置在第一反射镜的反射光路的第二反射镜、依次设置在第二反射镜的反射光路上的透镜和第二挡光板。
进一步地，所述第一反射镜为直角反射镜。
进一步地，所述稳态连续光源为卤钨灯。
进一步地，所述光束整形系统为透镜组。
进一步地，为了探测精度更高，所述面阵探测器为CCD探测器。
进一步地，所述透镜为凸透镜。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明中的稳态连续光经过光克尔门后调控为时序空间编码光脉冲，再以该时序空间编码光脉冲作为探测光，该过程相比现有技术更为简单，故本发明具有操作简单、成本低的优点。
2、本发明中的探测光和泵浦光为非相干光，探测光与泵浦光在样品内不会产生相干，避免了自衍射效应对测量结果的影响，信噪比高。
3、本发明中的光克尔门将稳态连续光调控为时序空间编码光脉冲，并以该时序空间编码光脉冲作为探测光，该过程对门光和稳态连续光的光谱、相位匹配均没有特殊限制，技术要求低。
4、本发明中的探测光经第一柱面镜聚焦到样品，并在样品内与泵浦光空间交叉，实现对样品的取样，可在瞬间一次性获取吸收光谱的强度、光谱和时间信息且测量效率高。
附图说明
图1是本发明一个具体实施例的结构示意图；
附图标记为：
1-第一分束镜，2-光电探测器，3-第二分束镜，401-光克尔门，402-第一挡光板，501-第一柱面镜组，502-样品，503-第二柱面镜组，601-第一反射镜，602-第二反射镜，603-透镜，604-第二挡光板，7-探测光，8-泵浦光，9-面阵探测器触发光，10-门光。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
参照图1，本装置包括飞秒脉冲激光器、第一分束镜1、光电探测器2、第二分束镜3、光克尔门单元、探测单元和泵浦单元。
飞秒脉冲激光器的出射光路上设置第一分束镜1，第一分束镜1的反射光路上设置光电探测器2。第一分束镜1的透射光路上设置第二分束镜3，第二分束镜3的反射光路上设置泵浦单元，第二分束镜3的透射光路上设置光克尔门单元。
光克尔门单元包括光克尔门401和第一挡光板402。
泵浦单元包括第一反射镜601、设置在第一反射镜601的反射光路的第二反射镜602、依次设置在第二反射镜602的反射光路上的透镜603和第二挡光板604。
探测单元包括稳态连续光源、光束整形系统、第一柱面镜组501、样品502、第二柱面镜组503、提升镜、影像校正光谱仪和面阵探测器。
稳态连续光源的出射光路上依次设置光克尔门401、光束整形系统、沿光克尔门401、第一柱面镜组501、样品502、第二柱面镜组503和提升镜。提升镜的出射光路依次设置影像校正光谱仪和面阵探测器。
本实施例中的第一反射镜601为直角反射镜；稳态连续光源为卤钨灯；光束整形系统为透镜组；面阵探测器为CCD探测器；透镜603为凸透镜。
光电探测器2的输出端接面阵探测器。
本装置的工作原理如下：
飞秒脉冲激光器产生的飞秒脉冲激光经第一分束镜1后分成两束，其中一束光(大约占飞秒脉冲激光4％)作为面阵探测器触发光9，由光电探测器2接收，光电探测器2输出的光电信号作为面阵探测器的触发信号。
经第一分束镜1分出的另一束光经第二分束镜3后分成相等的两束；其中一束作为门光10，入射到光克尔门401，用于控制光克尔门401的开启和关闭。透过光克尔门401的门光10由第一挡光板402遮挡，以免对人员造成危害。本实施例中，门光10的偏振方向与光克尔门401的起偏方向的夹角为45°。
经第二分束镜3分出的另一束光作为泵浦光8。泵浦光8经过直角反射镜601、第二反射镜602、透镜603后聚焦到样品502，透过样品502的泵浦光8由第二挡光板604遮挡，以免对人员造成危害。
卤钨灯发出的光经光束整形系统后，整形为水平条形光束，该光束入射到光克尔门401，与门光10在光克尔门401内空间交叉，经门光10调控产生时序空间编码光脉冲作为探测光7。该探测光7经第一柱面镜501聚焦到样品502，并与泵浦光8在样品502内空间交叉，在此过程中，样品被泵浦光8激发，探测光7在空间上对处于激发态样品不同时刻的吸收光谱取样。透射样品502的探测光7经第二柱面镜503后整形为水平条形光束，然后经过提升镜旋转90°后，转变为竖直条形光束后，再入射到影像校正光谱仪，将时间编码的探测光谱在空间展开，最后由面阵探测器进行探测，最后由计算机编程处理面阵探测器的探测数据，一次性在瞬间获得时间分辨吸收光谱动力学特性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特征在于：
包括飞秒脉冲激光器、第一分束镜(1)、光电探测器(2)、第二分束镜(3)、光克尔门单元、探测单元和泵浦单元；
所述飞秒脉冲激光器的出射光路上设置第一分束镜(1)；所述第一分束镜(1)的反射光路上设置光电探测器(2)，所述第一分束镜(1)的透射光路上设置第二分束镜(3)；所述第二分束镜(3)的反射光路上设置泵浦单元，所述第二分束镜(3)的透射光路上设置光克尔门单元；
所述光克尔门单元包括光克尔门(401)和第一挡光板(402)；
所述探测单元包括沿光克尔门(401)的入射光路依次设置的稳态连续光源、光束整形系统以及沿光克尔门(401)的出射光路依次设置的第一柱面镜组(501)、样品(502)、第二柱面镜组(503)和提升镜；提升镜的出射光路依次设置影像校正光谱仪和面阵探测器；所述稳态连续光源为卤钨灯；
所述光电探测器(2)的输出端接所述面阵探测器；
所述泵浦单元包括第一反射镜(601)、设置在第一反射镜(601)的反射光路的第二反射镜(602)、依次设置在第二反射镜(602)的反射光路上的透镜(603)和第二挡光板(604)；所述透镜(603)和第二挡光板(604)分别位于所述样品(502)的两侧。
2.根据权利要求1所述的宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特征在于：所述第一反射镜(601)为直角反射镜。
3.根据权利要求2所述的宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特征在于：所述光束整形系统为透镜组。
4.根据权利要求3所述的宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特征在于：所述面阵探测器为CCD探测器。
5.根据权利要求1所述的宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置，其特征在于：所述透镜(603)为凸透镜。
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