CN103018214A - 一种反射式光路瞬态吸收光谱仪 - Google Patents

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马恩
李仁富
陈学元
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Abstract

一种反射式光路瞬态吸收光谱仪，主要由光源、光学延迟线、样品架、透镜、反射镜、光阑、滤光片以及探测器等光学元器件组成。相比于传统的透射式光路瞬态吸收光谱仪，该仪器可实现对粉末、非透明薄膜等样品的瞬态吸收光谱测试。

Description

一种反射式光路瞬态吸收光谱仪
技术领域
本发明属于光谱辐射测试领域，具体涉及一种反射式光路瞬态吸收光谱仪。
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，如(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等；(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。常规透射式光路瞬态吸收光谱仪的基本结构如图1所示，泵浦激光入射到样品上将样品从基态激发到激发态，而探测光束通过光学延迟后入射到宝石晶体上产生白光，该束白光与泵浦光入射到样品上的同一位置，通过控制探测光束相对泵浦光束的延迟时间，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，瞬态吸收的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。
目前商品化的瞬态吸收谱仪通常采用图1所示的透射式光路，也就是说光谱仪探测到的是透过样品后的探测光，因此只能对溶液、单晶等透明样品进行测试，而对于固体粉末，非透明的薄膜等样品则无法测试，严重制约了仪器的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反射式光路瞬态吸收光谱仪，该仪器可对粉末、非透明薄膜等样品的瞬态吸收光谱进行测试，从而有效弥补传统的透射式光路瞬态吸收光谱仪的不足。
本发明涉及的反射式光路瞬态吸收光谱仪主要由光源、光学延迟线、样品架、透镜、反射镜、光阑、滤光片以及探测器等光学元器件组成，图2为该光谱仪的结构示意图。其中泵浦光为纳秒、皮秒以及飞秒等脉冲激光，探测光则为相应的纳秒、皮秒以及飞秒等白光光源。分光片5的作用是将探测光分出一束进入到探测器，另一束则入射在待测样品上，且与泵浦光斑重合。散射的探测光通过透镜9和10收集，通过光阑12后汇聚并进入到探测器，通过控制光阑的大小，可以有效地避免杂散光的影响。在探测器前面加有合适的滤光片13以过滤泵浦激光。根据该结构，探测器可以是光纤耦合的CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
附图说明
图1为常规透射式光路瞬态吸收谱仪的结构示意图
图2为本发明的一种反射式光路瞬态吸收光谱仪结构示意图
附图标记：
1-泵浦光    2-探测光    3-光学延迟线    4-宝石晶体    5-分束片
6-反射镜    7-探测器    8-样品    9-透镜    10-透镜
11-透镜    12-光阑    13-滤光片
具体实施方式
如图2所示，泵浦光源采用飞秒激光***，该***由激光振荡器，激光放大器以及光参量放大器组成。激光振荡器输出的种子激光经放大器放大后输出波长为800nm，重频为1000Hz，脉宽小于120fs的激光。该束激光经过分束镜后一束入射到宝石晶体上产生白光作为图2中的探测光2；另一束则经过光参量放大器后产生240-2600nm的连续可调谐飞秒激光作为图2中的泵浦光1。泵浦光经过一个反射镜后直接入射到样品上，用于将样品从基态激发到激发态；而探测光则经过光学延迟线后被分束片5分成两束，反射束直接进入到一个光纤耦合CCD探测器，该探测器用于记录下探测光入射到样品前的光谱分布。而透过分束片的另一束则经反射镜后入射到样品上，且与泵浦光束重合(一般探测光束的光斑直径略小于泵浦光束的光斑直径)。散射的探测光则通过透镜9和10(两者直径为50mm，焦距为70mm)收集，光阑12位于透镜10的焦点附近，通过调整光阑的大小可以有效抑制杂散光。在透镜11(直径50mm，焦距为70mm)的焦距前放置有滤光片13，用于过滤泵浦光。探测器的光纤头位于透镜9的焦点上，用于记录探测光经过样品吸收后的光谱分布。通过比较两个探测器所得光谱的差异，即可得到样品的瞬态吸收信息。
需要说明的是，本发明属于一种组合发明，是一种在技术应用上具有创新性的发明，其中所涉及的光源，探测器等都属于已有技术并且有多种形式的应用，在此不对其细部特征作进一步描述。此外，实施例中所描述的具体部件型号、特征等仅是为了更好说明本项发明，实际在组成，构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应当属于本发明的范围。

Claims (3)

1.一种反射式光路瞬态吸收光谱仪，主要由光源、光学延迟线、样品架、透镜、反射镜、光阑、滤光片以及探测器等光学元器件组成，可实现对粉末、非透明薄膜等样品的瞬态吸收光谱测试。
2.按权利要求1所述的反射式光路瞬态吸收光谱仪，其特征在于：采用透镜或透镜组来收集待测样品表面的散射光。
3.按权利要求2所述的反射式光路瞬态吸收光谱仪，其特征在于：采用光阑抑制样品表面的杂散光。
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