[发明专利]四波混频技术的像点对光法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种四波混频技术的像点对光法。

背景技术：

四波混频作为一项高灵敏度的光谱技术已在对痕迹量原子、分子和自由基的探测方面取得了很大的成功。四波混频光谱技术和其他光谱技术相比的优越性在于：(1)简并四波混频(DFWM)光谱技术具有亚多普勒的光谱分辨、好的时间分辨和空间分辨的特点。由于DFWM信号光的高度准直性和相干性，可用于进行远距离探测，且可有效的消除背景光，从而没有本底噪声。由于它的共振特性，其探测灵敏度比反斯托克斯拉曼衍射(CARS)光谱技术的灵敏度要高；(2)DFWM采用的是直接检测吸收，特别适合于荧光微弱或荧光辐射寿命很短的体系及激发态具有电离和预解离通道的体系，尤其在压强较高时，碰撞猝灭会大大将低激光诱导荧光(LIF)光谱技术的检测灵敏度，而DFWM技术则不受影响。

从早期的理论和实验研究中可知，四波混频的信号强度与介质的三阶非线性极化率χ⁽³⁾有关。在一定的条件下，χ⁽³⁾越大，四波混频的信号强度也越大。但对于非共振型气相非线性介质来说，χ⁽³⁾不可能很大而与液相介质和固体介质的DFWM相比，气相介质的DFWM信号强度要小5个量级以上。因此在气相非线性介质中，为了提高四波混频的信号强度，人们普遍采用共振型四波混频来提高信号强度。只有当光频接近介质的共振频率时，由于极化率的共振增强，才有可能大大提高相位共轭反射系数。如果泵浦光和探测光来源于同一束染料激光，通过调谐染料激光的波长，由于与气相介质产生共振四波

前向DFWM布局是三束相同频率的激光I₁、I₂和I₃由同一方向入射到介质中，并且三束光在垂直平面上组成正方形的三个顶点；根据相位匹配的原则，由样品池出射信号光将出现在正方形另一个顶点上，传播方向也是前向。在多数的前向DFWM实验中，为了使三束泵浦光很好的在样品池中重合，常常先是将来自同一激光源的三束激光在空间上调成平行，再用一个适当焦距的透镜将三束光聚焦到样品池中，并再通过一个透镜将从样品池出射的光准直，这样就可很好的分离信号光和杂散光，而不减弱信号光，有助于获得较好的信噪比。

前向光路的优点：(1)可达到干涉和衍射的多种组合，即可以是I₁和I₂作为泵浦光，I₃作为探测光衍射出信号；也可以是I₂、I₃作为泵浦光，而I₁作为探测光；(2)在分离信号光和杂散光的过程中，没有的减弱接收到的信号光，所以与后向布局相比有较好的信噪比。

然而，目前在前向四波混频的实验中，在对光的过程中却存在诸多问题。前向DFWM布局，三束相同频率的激光I₁、I₂和I₃由同一方向入射到介质中，并且三束光在垂直平面上组成正方形的三个顶点；根据相位匹配的原则，由样品池出射信号光将出现在正方形另一个顶点上，传播方向也是前向。在多数的前向DFWM实验中，为了使三束泵浦光很好的在样品池中重合，常常先是将来自同一激光源的三束激光在空间上调成平行，再用一个适当焦距的透镜将三束光聚焦到样品池中。以前的观察三束光聚焦的方法是先用肉眼将三束光会聚，在将样品池移到相应的重叠区，这种方法极不精确，不容易得到好的重叠，所以往往观察不到信号光，就得回过头来重新调整光路，所以极其费时、费力。

具体来说存在以下两个方面的问题。首先，实验过程中需要把样品池放在透镜f₁的焦点上，每次对光的时候必须把样品池移开，实验中科研人员大多采用肉眼直接观察的方法来对光。这样一来就会造成两个后果：一是每次对完光路后，再把样品池放在焦点处，这样容易既不能保证样品池放在焦点处，又有可能破坏光路；二是由于激光是高亮度高强度的光源，所以在实验中科研人员采用肉眼直接观察的方法来对光时，极易损伤科研人员眼睛视网膜。其次，即使采用CCD在焦点处对光，也存在问题两个问题：一是每次对光时，由于在焦点处的物象焦斑非常小，因此在CCD很难同时分辨出四个光束是否放在焦点处重合；二是每次对完光路后，再把样品池放在焦点处，这样容易既不能保证样品池放在焦点处，又有可能破坏光路。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新的像点对光法来调节光路，从而提高了DFWM光路的调节速度和准确度。

上述的目的通过以下的技术方案实现：