红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统

    专利查询2026-03-09  5


    本发明涉及红外瞬态吸收,特别涉及一种红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统。


    背景技术:

    1、时间分辨红外瞬态吸收(time-resolved infrared,trir)光谱是一种用于研究材料和分子动力学的实验技术,可测量材料在接受激发(如光激发)后,其红外吸收随时间的变化。trir光谱还能提供分子结构的变化信息、自由载流子动力学过程、在多组分系统中不同组分间的转移过程、识别在光化学反应或光物理过程中形成的中间产物,并研究它们的性质和反应路径等。

    2、传统红外瞬态吸收测试,尤其是1-3微米波段的时间分辨瞬态红外光谱测试包括以下方法:一、以光参量放大器(opa)生成的类单波长红外光或单色仪为探测光,以光电二极管为数据探测装置,对待测样品进行单波长泵浦探测动力学测量,而后再由opa或单色仪改变波长,再次进行测量,重复如上步骤,最后将所测数据进行组合。这种方式会浪费极多时间,且在重复的测试过程中由于波长的变换的激光的漂移,所得数据准确性会大幅下降。二、以红外白光为探测光,红外光谱仪为数据探测装置进行瞬态光谱全谱测量。这种方式的问题是,红外光谱仪极少能做到全谱红外测试(1-3微米),即便有定制款,其仪器价格也是极高,并不适合普通研究人员使用。


    技术实现思路

    1、本发明要解决现有技术中的技术问题,提供一种红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统。

    2、为了解决上述技术问题,本发明的技术方案具体如下:

    3、一种红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,包括:飞秒激光器;该飞秒激光器发出的飞秒激光分成两束,一束作为泵浦光,一束作为探测光,其中:

    4、泵浦光一路,光束首先经过参量放大器进行频率转换,后经过时间延迟线,第四反射镜,再经过斩波器,后经多次反射,最终聚焦于待测试样品上;

    5、探测光一路,光束首先经过中性密度渐变滤光片,后经过第一透镜聚焦于密封气仓内;通过调节渐变滤光片,得到稳定的红外白光;产生红外白光后,通过第二透镜聚焦于待测试样品上,并与探测光光斑在待测试样品上重合;

    6、探测光经过待测试样品后,准直并通过第一光栅;经过第一光栅后,色散光经电控光阑闸入射于第一柱透镜中;线形光斑继续通过第二光栅,进行二次色散;经过二次色散后通过第二柱透镜对探测光进行再准直;而后将准直线形光通过电控微米光阑,使其中一段波长的光进过第三柱透镜聚焦于光电探测器中;

    7、每当时间延迟线走一步后,电控微米光阑上的狭缝就会通过步长设置从光斑一侧逐步移动到光斑另一侧;电控微米光阑每走一步,光电探测器记录一次;所设置的时间延迟运行完毕后,得到全光谱时间分辨红外瞬态吸收测试数据。

    8、在上述技术方案中,电控光阑闸用来通过调节其两边的切光位置调整预探测的光谱范围。

    9、在上述技术方案中,时间延迟线包括:电控移动平台和双反射镜。

    10、在上述技术方案中,密封气仓内的密封气体的气体含量满足:95%为空气,3%为氮气,1%为氢气,1%为氩气。

    11、在上述技术方案中,探测光经过待测试样品后的准直光路上依次包括:第三透镜,第一反射镜,第二反射镜,第一准直用小孔光阑以及第二准直用小孔光阑;

    12、参量放大器与时间延迟线之间设有第三反射镜;

    13、时间延迟线与斩波器之间设有第四反射镜;

    14、斩波器与待测试样品之间的光路上依次设有:第四透镜,第五反射镜以及第六反射镜。

    15、在上述技术方案中,第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜以及第六反射镜分别为保护金镀膜反射镜。

    16、在上述技术方案中,第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜分别为氟化钙透镜。

    17、在上述技术方案中,在光电探测器之后的光路上还依次设有锁相放大器和系统同步控制计算机;该系统同步控制计算机还与时间延迟线相连;

    18、锁相放大器还依次与斩波器控制器和斩波器相连;

    19、斩波器用来通过斩波器控制器对光束以特定频率斩波,使锁相放大器以此固定频率作为参考,进行数据采集。

    20、本发明具有以下有益效果:

    21、本发明的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,利用光谱空间展宽再进行门移动的测量方法,精准、经济、快速的实现了全谱瞬态吸收动力学测试。



    技术特征:

    1.一种红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,包括:飞秒激光器(1);该飞秒激光器(1)发出的飞秒激光分成两束,一束作为泵浦光,一束作为探测光,其中:

    2.根据权利要求1所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,电控光阑闸(13)用来通过调节其两边的切光位置调整预探测的光谱范围。

    3.根据权利要求1所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,时间延迟线(23)包括:电控移动平台和双反射镜。

    4.根据权利要求1所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,密封气仓(4)内的密封气体的气体含量满足:95%为空气,3%为氮气,1%为氢气,1%为氩气。

    5.根据权利要求1所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,探测光经过待测试样品(6)后的准直光路上依次包括:第三透镜(7),第一反射镜(8),第二反射镜(9),第一准直用小孔光阑(10)以及第二准直用小孔光阑(11);

    6.根据权利要求5所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,第一反射镜(8)、第二反射镜(9)、第三反射镜(22)、第四反射镜(24)、第五反射镜(26)以及第六反射镜(27)分别为保护金镀膜反射镜。

    7.根据权利要求5所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,第一透镜(3)、第二透镜(5)、第三透镜(7)以及第四透镜(30)分别为氟化钙透镜。

    8.根据权利要求1所述的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,其特征在于,在光电探测器(19)之后的光路上还依次设有锁相放大器(28)和系统同步控制计算机(20);该系统同步控制计算机(20)还与时间延迟线(23)相连;


    技术总结
    本发明涉及一种红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,包括:飞秒激光器;探测光经过待测试样品后,准直并通过第一光栅;经过第一光栅后,色散光经电控光阑闸入射于第一柱透镜中;线形光斑继续通过第二光栅,进行二次色散;每当时间延迟线走一步后,电控微米光阑上的狭缝就会通过步长设置从光斑一侧逐步移动到光斑另一侧;电控微米光阑每走一步,光电探测器记录一次;所设置的时间延迟运行完毕后,得到全光谱时间分辨红外瞬态吸收测试数据。本发明的红外飞秒时间分辨多波长动力学泵浦探测系统,利用光谱空间展宽再进行门移动的测量方法,精准、经济、快速的实现了全谱瞬态吸收动力学测试。

    技术研发人员:王云鹏,王飞,何颂贤,范翊
    受保护的技术使用者:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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