[发明专利]一种双光束泵浦探测实验系统

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及飞秒激光加工及研究薄膜超快动力学领域，尤其涉及一种双光束泵浦探测实验系统。

背景技术

近年来，随着超快激光技术的发展，泵浦探测技术受到人们的重视。泵浦探测技术通常是将一束脉冲激光分为一束较强的泵浦光和一束较弱的探测光。其中，泵浦光作用于待测样品，引起样品的变化；样品的变化状态通过探测光检测。根据检测结果，可以获得样品的信息。这一技术在成像检测领域、分子和电子动力学分析检测等领域都得到广泛应用。

通常泵浦探测方法中，采用单束泵浦光激发样品，单束或多束探测光反应泵浦探测信号，在现有技术中，还没有实现样品表面瞬态反射率突变持续时间增长技术，因此无法实现物质内部超快动力学过程的可视化研究；

为能够更精确的研究材料内微观粒子的复杂运动规律，捕捉到瞬态变化信息，本发明提出，对原实验系统增加分光镜，把原来的单束泵浦光分成两束泵浦光，两束泵浦光之间有一定的时间延迟，探测光光束不变，增加多次瞬态反射率突变的次数，或增加每次瞬态反射率突变的持续时间，因此能使用双光束泵浦探测试验实现物质内部超快动力学过程的可视化研究。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种双光束泵浦探测实验系统，通过增加分束镜，将原来的飞秒激光光束分成泵浦光和探测光，所述泵浦光和探测光之间有一定的时间延迟，通过增设分束镜实现两束泵浦光作用在样品上，从而增加了样品表面多次瞬态反射率突变的次数，或增加每次瞬态反射率突变的持续时间，进而能够对样品材料的特性有更深入的了解，使泵浦-探测技术的应用范围更广。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种双光束泵浦探测实验系统，其特征在于，包括飞秒激光光源系统、第一分束镜、四脉冲双泵浦光传输系统、探测光传输系统、第一聚焦透镜、计算机和光信号采集系统；

所述飞秒激光光源系统发出的脉冲激光经过第一分束镜分成单束一级泵浦光和探测光；

四脉冲双泵浦光传输系统包括斩波器、第二分束镜、第三反射镜、第四反射镜、第三分束镜和第五反射镜，所述斩波器与计算机电连接，单束一级泵浦光经过斩波器调制成1:1的断续方波序列，所述断续方波序列经过第二分束镜分成两束相互垂直的二级泵浦光；所述第三反射镜与第二分束镜平行，第四反射镜均与第三反射镜垂直，其中一束二级泵浦光依次经过第三反射镜和第四反射镜两次垂直反射后，与另外一束二级泵浦光垂直汇聚到第三分束镜，经过第三分束镜分束后，两束二级泵浦光分成四束不同延时的三级泵浦光，所述四束三级泵浦光的传输方向两两相同，合并成了包含四个不同延时的飞秒激脉冲的两束四级泵浦光，其中一束四级泵浦光经过第五反射镜垂直反射后与另一束四级泵浦光相互平行；

所述探测光传输系统包括探测光延时器和相互平行的第二反射镜和第六反射镜，所述探测光延时器与计算机电连接，用于改变探测光的光程以改变一级泵浦光与探测光之间的时间延迟，所述第二反射镜和第六反射镜相互平行，延迟后的探测光经过第二反射镜和第六反射镜两次垂直反射后，与两束四级泵浦光平行且相互靠近，并与第一聚焦透镜垂直；

第一聚焦透镜将延迟后的探测光与两束四级泵浦光聚焦成样品表面的光斑；

所述光信号采集系统用于获取样品受两束四级泵浦光作用后，探测光探测在不同延迟时间时，样品的瞬态反射率的变化，得到样品的瞬态反射率随时间延迟变化的曲线。

优选地，所述光信号采集系统包括电荷耦合器CCD、第七反射镜、格兰棱镜、第二聚焦镜、探测器和锁相放大器；

所述第七反射镜、格兰棱镜和第二聚焦镜位于同一光路上，所述电荷耦合器CCD用于观察样品上形成的光斑是否重合；从样品表面反射的探测光经过第七反射镜的反射，穿过格兰棱镜，所述格兰棱镜过滤掉部分散射的泵浦光，所述第二聚焦镜聚焦由格兰棱镜过滤后的探测光，探测器接收由第二聚焦镜聚焦的探测光，并将光信号转化为电信号，所述电信号经过锁相放大器后输入到计算机中，计算机给出样品的瞬态反射率随延迟时间变化的曲线。

优选地，所述斩波器以2000Hz的频率对一级泵浦光调制，将一级泵浦光调制成占空比为1:1的断续方波序列脉冲。

优选地，所述探测光延时器的时间分辨率为66.7fs。

优选地，所述飞秒激光光源系统包括Verdi泵浦源和钛宝石飞秒激光器，所述Verdi泵浦源输出的光源经过钛宝石飞秒激光器后得到脉冲激光。