[发明专利]一种飞秒宽带泵浦-激发/亏蚀-探测光谱仪

权利要求书

1.一种飞秒宽带泵浦-激发/亏蚀-探测光谱仪，其特征在于：

所述光谱仪产生泵浦光、探测光以及激发/亏蚀光；

所述光谱仪能够对泵浦光、激发/亏蚀光进行双斩波调制，并能控制激发/亏蚀光、探测光到达样品的时序，实现样品的差分光谱探测；

其中，探测光为超连续探测脉冲，与泵浦光的偏振方向为54.7度；

并且泵浦光、激发/亏蚀光的偏振方向一致；

所述光谱仪包括宽波段可调谐飞秒激光光源；

所述宽波段可调谐飞秒激光光源用于产生激光光束，所述激光光束经第一分束片(2)分成第一光束、第二光束；

所述第一光束经第二分束片(4)分成第三光束和第四光束；

所述第二光束经第一非线性光参量放大装置(3)调谐、激光脉冲整形装置调制产生激发/亏蚀光；

所述第三光束经非线性透明介质(10)产生超连续探测光；

所述第四光束经第二非线性光参量放大装置(6)调谐产生泵浦光。

2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：

所述光谱仪在激发/亏蚀光的光路上设置第一电控位移时间延迟平台(14)、第一斩波器(23)，通过所述第一电控位移时间延迟平台(14)控制所述激发/亏蚀光到达样品池的时间，通过所述第一斩波器(23)控制是否透过激发/亏蚀光；

所述光谱仪在泵浦光的光路上设置第二电控位移时间延迟平台(31)、第二斩波器(33)，通过所述第二电控位移时间延迟平台(31)控制所述泵浦光到达样品池(36)的时间，通过所述第二斩波器(33)控制是否透过泵浦光；

所述光谱仪在探测光的光路上设置有第三电控位移时间延迟平台(19)，通过所述第三电控位移时间延迟平台(19)控制所述探测光到达样品池(36)的时间。

3.根据权利要求2所述的光谱仪，其特征在于：

所述第一斩波器的转速为第二斩波器转速的2倍。

4.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：

所述激光脉冲整形装置包括第二平面反射镜(15)、光调制系统(16)、第三平面反射镜(17)；

所述光调制系统(16)由2个光栅，一对透镜和中间放置的空间光调制器组成；

激光脉冲由第二平面反射镜(15)反射并经过第一个光栅色散后，不同频率的光在角度上被分开，入射光在第一个凸透镜的后焦面上从时域转换到了频域，然后通过焦点中心放置的空间光调制器对激光脉冲的频率、相位及幅值进行调制，再经过第二个凸透镜及光栅后，激光脉冲重新转换到时域，从而获得整形好的脉冲，从第三平面反射镜(17)输出。

5.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：

所述光谱仪还包括第三凸透镜(38)和第五光阑(37)；

所述第五光阑(37)用于抑制样品的杂散光，所述第三凸透镜用于将要采集的光谱进行会聚。

6.根据权利要求5所述的光谱仪，其特征在于：

所述光谱仪还包括光谱信号采集装置，所述光谱信号采集装置包括光纤探头(39)、聚焦装置(40)、探测器(41)；

所述光纤探头(39)、聚焦装置(40)、探测器(41)通过光纤连接；

光谱信号经光纤探头(39)采集后，通过聚焦装置(40)进行聚焦后，输出至探测器(41)。

7.根据权利要求6所述的光谱仪，其特征在于：

所述光谱仪分别在探测光的光路上设置第一半波片(21)，在激发/亏蚀光的光路上设置第二半波片(24)、偏振片(25)，在泵浦光的光路上设置第三半波片(34)，从而获得偏振方向一致的泵浦光和激发/亏蚀光，以及偏振方向成54.7度的探测光和泵浦光。

8.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于：

所述光谱仪通过第一凸透镜(9)将第三束光聚焦到非线性透明介质(10)，在经过非线性透明介质(10)倍频调节之后，通过第二凸透镜(11)进行准直，再通过第二滤波片(12)将剩余的基频光滤掉后得到探测光。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的光谱仪进行多时序同步控制的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

调整泵浦光和激发/亏蚀光的偏振方向一致，调整探测光和泵浦光的偏振方向成魔角；

控制泵浦光到达样品池，将基态粒子激发到高激发态；

控制激发/亏蚀光到达样品池的时间相对于泵浦光延迟，将高激发态布局带回基态的高振动态；

控制泵浦光、激发/亏蚀光达到样品池，诱导激发态的样品产生差分信号，将该差分信号记作PDP(λ，t)；

式(1)中：I_on-on(λ，t)为测得的有泵浦光及激发/亏蚀光时在t时刻λ波长处的信号光强度；I_off-off(λ，t)为测得的无泵浦光及激发/亏蚀光光时在t时刻λ波长处的信号光强度；

控制激发/亏蚀光达到样品池，诱导激发态的样品产生差分信号，将该差分信号记作DP(λ，t)；

式(2)中，I_off-on(λ，t)为测得的无泵浦光但有激发/亏蚀光时在t时刻λ波长处的信号光强度；I_off-off(λ，t)为测得的无泵浦光及激发/亏蚀光时在t时刻λ波长处的信号光强度；

控制泵浦光达到样品，通过泵浦光诱导激发态的样品产生差分信号，将该差分信号记作PP(λ，t)；

式(3)中，I_on-off(λ，t)为测得的有泵浦光但无激发/亏蚀光时在t时刻λ波长处的信号光强度；I_off-off(λ，t)为测得的无泵浦光及激发/亏蚀光时在t时刻λ波长处的信号光强度；

将上述差分信号代入下式计算获得双差分信号，将该双差分信号记作ΔΔOD(λ，t)：ΔΔOD(λ，t)＝PDP(λ，t)-DP(λ，t)-PP(λ，t) (4)。