[发明专利]一种测量光子回波光谱的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量多维光谱的实验装置。

背景技术

光子回波光谱技术是从多维的核磁共振技术发展而来的，是一种多维的非线性光学技术。光子回波技术可以研究复杂分子的详细结构信息以及超快动力学过程。在双脉冲光子回波中，第一束脉冲面积为π/2的超短激光脉冲入射到样品分子中，形成样品分子的电子基态与电子激发态之间的光学相干态。一般地，宏观电极化P的强度可以用来描述这个光学相干态。之后，电极化强度开始迅速地衰减，衰减速率包括超快和超慢两个部分。第二束脉冲面积为π的超短激光脉冲入射到样品分子后，两束脉冲之间的时间间隔用光学延时t₁₂表示，电极化强度的相位经过时间t₁₂后又达成一致，于2k₂-k₁波矢方向辐射出光子，这就是双脉冲光子回波。k₁、k₂分别是第一束和第二束超短激光脉冲的波矢。在三脉冲光子回波中，第一束脉冲面积为π/2的超短激光脉冲仍然入射到样品分子中，样品分子形成宏观电极化强度并迅速衰减。第二束脉冲面积为π/2的激光脉冲与样品分子发生相互作用，此时样品分子的相干态信息储存起来，第三束脉冲也为π/2的激光脉冲入射到样品分子，使得前面因为非均匀展宽而引起的电极化强度相位的不一致重新开始复相。第二束与第三束激光脉冲之间的时间间隔用光学延时t₂₃表示。当第三束激光脉冲与样品分子作用t₁₂之后，宏观电极化强度相位将重新达到一致，这时样品分子于-k₁+k₂+k₃波矢方向辐射出光子，这就是三脉冲光子回波。当第三束激光脉冲的波长与前面两束的波长不相同时，辐射出的光子回波称为双色光子回波。双色光子回波信号的频谱将提供一些额外的样品分子的结构以及动力学信息，类似的，还有单色光子回波。

二维光子回波光谱是二维光谱在可见光处的应用，也可以称二维电子光谱，为它可以研究分子体系的电子态的特征信息，例如，分子内的非线性展宽机制，电子耦合效应，能量转移路径，电子相干效应等，并通过图谱直观的反应出来。二维光谱是时域中物质体系在一系列超短激光脉冲作用下所产生的受激振动光子回波响应，再经过二维傅里叶变换后在二维频域中表达的技术。通过二维光学光谱的峰值谱线信息，可以对分子内部或者分子间发生的相互作用过程、分子动力学以及光合作用过程进行分析。相比于一维光谱技术，二维光谱技术把光谱信号扩展到了第二维上，可以提高了光谱分辨率，提供比一维光谱更多的信息，重叠峰甚至是被掩盖的一些小峰也可以清晰的显示出来。

二维电子光谱是研究电子运动的一种重要的方法，与一维电子光谱的相比具有更高的分辨率。二维的频率信息有利于分析分子内的超快动力学信息，并可以同时获得信号光极化强度的实部(吸收)和虚部(色散)也是一种研究光合作用中量子传能的有效工具。而吸收光谱和瞬态光栅不能测量量子布居机制，二维光谱正好可以补偿上述的不足。另外，二维光谱中已经包含了瞬态吸收光谱。可以测量超分子复合物的动力学和结构。目前二维电子光谱的实现方案主要有两大类，分别为：被动的相位稳定技术；主动的相位稳定技术。

现有的主动的相位稳定技术装置很有效但是需要额外的干涉仪，参考光束和电子设备，而且系统庞大，成本较高，应用范围有限。被动的相位稳定技术的实现方法主要有四种，分别为：1.基于衍射原理的方法。衍射光学元件，光栅等；2.脉冲整形器，包括空间光调制器和声光调制器等；3.基于反射原理的方法。反射镜，全反镜等；4.基于折射原理的方法。折射光学元件，双折射干涉仪等。现有的被动的相位稳定技术装置几乎不能对探测信号光强度较低的微弱信号进行探测；即使能够探测，准确度也不高。而且基于脉冲整形的被动相位稳定方法偏振较难控制，基于双折射干涉仪的被动相位稳定方法和基于全反镜的方法会引起时间零点漂移，基于声光相位调制器的方法测量带宽有限。

发明内容

为了解决现有的二维电子光谱中主动相位稳定装置系统庞大、成本较高、应用范围有限的问题和现有的被动的相位稳定装置几乎对信号光强度较低的微弱信号进行探测的准确度不高、偏振较难控制的问题。进而提出了一种测量光子回波光谱的实验装置。

一种测量光子回波光谱的实验装置，包括：