[发明专利]一种飞秒时间分辨的受激拉曼光谱系统

说明书

本发明公开了一种飞秒时间分辨受激拉曼光谱系统，所述光谱系统既可以用来探测分子电子基态的振动动力学，也可以用来探测分子电子激发态的振动动力学，能够给出关于分子电子激发态性质，特别是振动激发态动力学等的丰富信息。所述拉曼光谱系统产生激发光、拉曼泵浦光以及探测光；所述光谱仪能够对激发光、拉曼泵浦光进行双斩波调制，并能控制激发光、拉曼泵浦光及探测光到达样品的时序。所述拉曼泵浦光的波长可以连续调谐，不仅可以获得可见到近紫外波段的全频受激拉曼光谱，而且可以选择合适的波长来有效避免荧光的干扰，并在共振条件下提高受激拉曼光谱的强度，克服了常规拉曼光谱的灵敏度低及荧光干扰的缺点。

技术领域

本发明属于拉曼光谱技术领域，具体涉及一种飞秒时间分辨的受激拉曼光谱系统。

背景技术

拉曼效应的存在具有普遍性，这种效应普遍存在于分子中，无论是气态、液态和固态，而且拉曼光谱对样品的制备几乎没有特殊要求；对于检测样品的数量要求也比较少，可以检测毫克甚至是微克数量级的样品；拉曼散射光谱对于样品的检测可以达到无损检测，特别适合于那些稀有或是珍贵样品的检测分析，甚至可以用来检测生物活体物质。拉曼光谱也是分析分子结构的强有力工具，单次光谱可以包含丰富的样品结构信息，广泛应用在生物、化学等分子反应过程的研究，但是拉曼光谱的缺点是检测灵敏度低和荧光干扰等。

虽然拉曼光谱产生的原理与红外光谱不同，但是他们提供的物质分子结构的信息却是相似的，都是关于分子内部有关振动或是转动的信息，因此可以用来鉴定分子中存在的官能团。分子偶极矩的变化是产生红外光谱的原因，而拉曼光谱产生的原因是分子极化率变化诱导产生，它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率变化的大小。红外光谱和拉曼光谱在分子结构的解析中是相互补充的作用，一些在红外光谱仪中无法检测的信息在拉曼光谱中却可能清晰的表达出来，例如：电荷分布中心对称的键，如C-C、N＝N、S-S等的红外吸收很弱，而拉曼散射却很强。

受激拉曼光谱是一种自相位匹配的三阶非线性拉曼技术，其是由一束拉曼泵浦光和拉曼探测连续白光共同作用于样品产生的，具有灵敏度高，避免荧光干扰以及信号容易收集等优点。但其因采集信号包含多种背景噪声信号，数据处理复杂等缺点。另外，常规的受激拉曼光谱只能探测分子电子基态的受激拉曼信号，而若要探测分子激发态的受激拉曼信号，需要发展新的受激拉曼光谱方法。

发明内容

为了克服这些现有技术的缺点，本发明提出了一种飞秒时间分辨的受激拉曼光谱系统，其可以用来探测分子电子基态的振动动力学，也可以用来探测分子电子激发态的振动动力学，比如同质异构类反应。即使荧光背景很强的分子，也可以用其来检测。

本发明的技术方案如下：

一种飞秒时间分辨的受激拉曼光谱系统，所述受激拉曼光谱系统是利用一束飞秒激发光将分子激发到高激发态产生激发态振动波包，然后用一束窄带拉曼泵浦光和一束宽带探测脉冲激光与激发态振动波包耦合产生受激拉曼信号，最后对在探测光方向上的信号进行差分计算。

根据本发明，所述飞秒激发光用于将分子激发到高的激发态，从而探测高激发态的振动光谱及动力学过程。

根据本发明，所述系统包括：飞秒激光光源，用于产生飞秒激光；激光分束合束系统，用于实现光束的分开与合并；提供飞秒激发光的系统，用于提供飞秒激发光；提供窄带拉曼泵浦光的系统，用于提供窄带拉曼泵浦光；提供宽带飞秒探测脉冲激光的系统，用于提供宽带飞秒探测脉冲激光。

所述飞秒激光光源发出的激光经激光分束合束系统分成三束光，分别进入所述提供飞秒激发光的系统、所述提供窄带拉曼泵浦光的系统、所述提供宽带飞秒探测脉冲激光的系统。

根据本发明，所述系统还包括：样品流动池系统(51)；信号收集和探测系统(55)，用于待测样品的受激拉曼光谱的信号收集和探测；控制采样与显示模块(56)，用于待测样品的受激拉曼光谱的采样和显示。