[实用新型]一种双光子吸收截面谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及双光子材料的吸收截面测量领域，具体地来说为一种双光子吸收截面谱仪。

背景技术

具有大的双光子吸收截面的材料目前已被广泛用于双光子荧光显微成像、光学限幅、三维光信息存储及光子晶体微加工等领域，关于双光子吸收截面的测量方法也开展了大量的研究工作。在过去四十多年中，已报道了多种双光子吸收截面测量方法，包括非线性透过率法（Nonlinear Transmission,NLT）、Z-扫描法、双光子诱导荧光法（Two-photon Induced Fluorescence,TPIF）、双光子瞬态吸收光谱法等。双光子瞬态吸收光谱法由泵浦探测瞬态吸收光谱法发展而来，虽然具有时间分辨能力，但其测试双光子吸收截面精度不高，且实验操作较为复杂。非线性透过率法实验装置简单、测量方便、数据处理容易；Z-扫描法灵敏度高、单光束测量，但这两种方法都有一个共同的缺点，它们很难准确地判定是否发生了其它非线性过程并加以排除，而双光子诱导荧光法却能很好地解决这个问题，因此双光子诱导荧光法可用于荧光染料双光子吸收截面的精确测量。然而，大多数研究报道仅给出了测量方法，关于仪器开发方面的研究却少有报道。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的问题在于提供一种双光子吸收截面谱仪。

本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型提供了一种双光子吸收截面谱仪，该谱仪包括依次排列处于同一光路轴线上的激光光源、调节入射激光光强的衰减片、将调节后的激光分为激发光和探测光的分光玻璃片、以及样品台；该谱仪还包括：

位于激发光入射方向的功率计，用于检测探测光的功率；

接受样品所激发的荧光信号的光谱仪，所述光谱仪与光路垂直；

上位机，通过接口与光谱仪连接，存储处理光谱仪上的光谱数据。

进一步地，衰减片置于一旋转装置上，该旋转装置与步进电机连接，由步进电机控制衰减片的旋转角度；所述步进电机通过一控制模块与上位机连接。

进一步地，所述功率计通过一功率采集模块与上位机连接。

进一步地，所述激光光源为钛宝石锁模飞秒激光器，激光脉宽为100fs，重复频率为80MHz，波长调谐范围为690-1040nm。

进一步地，分光玻璃片与样品台之间设置有消色差透镜，用于消除激发光中的色差。

进一步地，激光光源与衰减片之间设置有第一孔径光阑；样品台的另一侧设置有第二孔径光阑，用于谱仪内部光路准直，若光同时通过第一孔径光阑和第二孔径光阑的小孔，则说明光路水平。

本实用新型测量的原理如下所示：

双光子吸收过程是指一个分子或原子同时吸收两个光子，通过一个中间虚能态，从基态跃迁到激发态的过程。处于激发态的分子或原子在从激发态跃迁到基态时，将引起各种非线性效应，如荧光辐射、受激发射、激发态吸收、拉曼散射、自相位调制等。在测量双光子吸收截面时，这些非线性效应会影响荧光信号，并最终影响测量结果。然而在双光子诱导荧光法中，可以轻易地消除这些非线性效应的干扰，这是因为，（1）荧光测量中所需的入射光强和溶液浓度通常要比非线性透过率法分别低1到3个数量级，因此相比于双光子吸收，其它非线性效应的贡献将大大减小；（2）若只有双光子吸收，而没有其它非线性效应，荧光光强与激发光强的平方成正比，因此可以很容易地判断荧光测量是否受其它非线性效应的影响，从而把双光子诱导荧光和其它非线性效应产生的信号（如拉曼散射、受激辐射等）区分开来。因此在各种有机荧光材料测量方法中，双光子诱导荧光法所测得的双光子吸收截面值最准确。

双光子诱导荧光强度Fi的表达式为：

Fi=KFi2NidiLI2...(1)]]>