[发明专利]一种瞬态吸收光谱测量系统和方法

说明书

本发明提供了一种瞬态吸收光谱测量系统和方法。该系统包括光源，用于产生激光；第一分束元件，用于对激光进行分束；泵浦光产生单元和探测光产生单元，用于基于分束后的激光分别产生泵浦光和探测光；延迟单元，用于对泵浦光或探测光进行时间延迟；斩波器，用于对泵浦光进行斩波；第二分束元件，用于对泵浦光进行分束；样品架，用于放置待测样品，其中，探测光和其中一束泵浦光以入射光斑重合的方式入射到待测样品上；以及分析单元，用于接收透过待测样品的探测光信号和另一束泵浦光信号，并分析得到待测样品的瞬态吸收光谱数据。本发明方案能实时监测泵浦光的光强变化并校正瞬态吸收信号，简单有效地减少激光抖动以及背景环境光引起的测量误差。

技术领域

本发明涉及光谱辐射测试技术领域，特别是一种瞬态吸收光谱测量系统和方法。

背景技术

瞬态吸收光谱仪是一种重要的科学仪器，在物理、化学、材料、生物和医学等领域均有着重要的应用，其应用领域包括：(1)重元素光物理和光化学；(2)激发态物理、晶格弛豫动力学和化学反应动力学；(3)光伏器件研发、发光和显示材料研发、纳米材料研发、生物医学诊断及检测等。常规瞬态吸收光谱仪的工作原理如下：一束飞秒激光输入光参量放大器(Optical Parametric Amplifier，OPA)后，输出连续可调谐飞秒激光作为泵浦光，泵浦光入射到样品上将样品从基态激发到激发态。另一束飞秒激光经过光学延迟后入射到蓝宝石(氧化铝)晶体上产生白光作为探测光，该束白光与泵浦光入射到样品上的同一位置。通过控制探测光相对泵浦光的延迟时间，就可以监控样品的吸收光谱随着延迟时间的变化，从而最终获得样品的激发态弛豫信息。瞬态吸收光谱技术优点在于，即使样品不发光，也可以对其激发态动力学进行研究。

目前，商品化的单脉冲瞬态吸收光谱仪的同步方式较为复杂繁琐，需要利用数字延时触发器等设备对多个信号进行同步整理，且需要在外部复杂的逻辑电路辅助下才能完成，大大增加了仪器生产成本。并且，要达到激光器稳定输出，需要苛刻的环境条件(包括温度、湿度等)，这使得目前通过光参量放大器输出的泵浦激光无法做到长时间稳定。由于进行一次完整的瞬态光吸收测量所需时间不短，泵浦光强度在该时间范围内难免发生变化。泵浦光的强度变化会对瞬态吸收信号产生比较大的影响。因此，现有的瞬态光吸收光路严重限制了瞬态光吸收仪器的测量精度。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的瞬态吸收光谱测量系统和方法。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种瞬态吸收光谱测量系统，包括：

光源，用于产生第一指定波长的激光；

第一分束元件，用于对所述光源产生的激光进行分束；

泵浦光产生单元，用于对分束得到的一束激光进行光学处理，并输出第二指定波长的连续可调谐激光作为泵浦光；

探测光产生单元，用于基于分束得到的另一束激光产生探测光；

延迟单元，沿光路方向设置在所述泵浦光产生单元之后，用于对所述泵浦光进行时间延迟；

斩波器，沿光路方向设置在所述延迟单元之后，用于对经时间延迟后的所述泵浦光进行斩波来去除一半周期的泵浦光脉冲；

第二分束元件，沿光路方向设置在所述斩波器之后，用于将所述泵浦光进行分束；

样品架，用于放置待测样品，其中，所述探测光和分束得到的一束泵浦光入射到所述待测样品上，并且所述探测光和该束泵浦光的入射光斑重合；以及

分析单元，用于接收透过所述待测样品的探测光信号和分束得到的另一束泵浦光信号，并根据所接收的信号进行分析，得到所述待测样品的瞬态吸收光谱数据。

可选的，所述延迟单元的特征被替换为：