[实用新型]一种可应用于瞬态光谱仪和时间分辨成像装置的光斩波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学斩波器，将该光学斩波器用于瞬态光谱仪中，可以测量时间分辨的荧光磷光光谱，也可以用于时间分辨的荧光磷光成像装置中。属于光学仪器制造领域。

背景技术

光斩波器简称斩光器，可以把连续光源发出的光，调制成脉冲或交变的光信号。（参考专利公开说明书CN200710025960.3、CN201310342971.X、CN200410093016.8等。）传统斩光器主要部件之一是斩光盘，也叫斩光片，斩光盘上分布着几个或多个通光孔，通常这些通光孔以轴心为中心成中心对称分布。当电机控制斩光盘，在一定转速下，连续光源经过斩光盘上的通光孔后，即被调制成一定频率的周期性脉冲光。

瞬态光谱仪，包括瞬态吸收和瞬态荧光光谱仪，在光物理光化学的研究中有重要应用。（参考专利公开说明书CN201310392018.6、CN200510092520.0、CN201180017387.6、CN201110005032.7等。）为了实现时间分辨的测量，可采用脉冲光源激发样品，测量其延迟的吸收或者发光信号，以获得分子激发态的寿命等信息。然而为了实现高的时间分辨率，这类光谱仪通常需配备价格昂贵的脉冲激光器。而且激光器是单一波长，不能实现全波段的测量。配置不同波长的激光器可以部分解决这个问题，然而却导致仪器的成本大大增加。为了降低成本，可在光谱仪的激发光的光路后加一个斩光器，这样就将稳态的光源变成了模拟的瞬态光源，同时在探测器的前面再加一个斩光器，用来调节延迟时间和快门时间，以实现时间分辨的测量。同样的方案可以用于时间分辨的荧光显微镜的设计。（参考文献Anal.Chem.2011,83,2294-2300。）并在生物成像领域中有重要应用。

然而在上述解决方法中，需要对两个斩光器进行协同控制，由于现有的斩光器一般采用电机机械调制，其精度受电机转速影响较大，其调制出的脉冲光源本身带有一定的时间误差，加上要对两个斩光器同步控制，必然使误差加大，降低了整体测量的时间分辨率。提高单个斩光器的精度可以提高整体测量的时间精度，但是斩光器的成本随之增加。

发明内容

为了解决上述问题，并提高瞬态光谱仪的时间分辨率，本方案设计了一类新斩光器，在一台光谱仪中使用一个这样的斩光器便可以实现瞬态的测量。由于只使用一个斩光器，因而相对于协同控制两个斩光器，极大提高了时间精度，并降低了光谱仪的成本。

该发明的斩光器同一般机械式斩光器一样，采用电机调制。然而与一般斩光器所不同的是，该斩光器在一个测量的光路上进行两次斩光：第一次针对光源斩光，可将连续光转变为脉冲光；第二次针对样品的发射光进行斩光，相当于控制测量的延迟时间和快门时间。将样品放置于两次斩光的光路中间，对两次斩光进行同步控制，就可以实现样品瞬态光谱的测量以及时间分辨的成像。

为了达到上述目的，本发明采用两类方法来实现两次斩光。

方法一：采用两个斩光盘，而且两个斩光盘的转动通过齿轮啮合或者传送带耦合，当其中一个斩光盘通过电机驱动转动，就会带动另外一个斩光盘转动。相当于一个电机控制两个斩光盘，其中一个斩光盘对激发光斩光，控制脉宽和周期，另外一个斩光盘对待测样品的发光斩光，控制测量的延迟时间和快门。

方法二：采用一个具有两层通光孔的斩光盘，两层通光孔同轴转动，但是公转半径不同，光路经过其中一层通光孔，经过反射或散射再经过另外一层通光孔。其中一层通光孔对激发光斩光，控制脉宽和周期，另外一层通光孔对待测样品的发光斩光，控制测量的延迟时间和快门。相当于一个斩光盘既控制脉宽和周期，又控制测量的延迟时间和快门。

在方法一中，待测样品可放置于两个斩光盘之间，即第一个斩光盘位于光源和样品之间，第二个斩光盘位于样品和探测器之间，从光源到样品，再到探测器是荧光磷光测量的完整光路。瞬态测量的大致原理是：当光源通过第一个斩光盘的通光孔照射到样品上的时候，第二个斩光盘正好挡住了样品到探测器的光路；当斩光盘转动使第一个斩光盘挡住了光源到样品的光路的时候，第二个斩光盘正好也转过了一个角度，使得样品的荧光磷光可以通过第二个斩光盘的通光孔到达探测器，相当于快门开启并收集光信号。