CN111750990A - 基于电子学同步的时间分辨光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电子学同步的时间分辨光谱仪，沿光路依次设置有光源模块、合束器、样品室、滤光模块、信号探测模块和数据采集装置，光源模块包括若干光源和驱动器，电子延时模块产生不同时序的电脉冲信号触发各驱动器并控制驱动器工作的时序，各驱动器驱动各光源发光，各光源输出的不同延时的多路光通过合束器在空间重合后进入样品室，先到达样品的光激发样品，后到达的光经过样品，经滤光模块滤掉不需要的光后，探测模块测量透射光强度，数据采集装置采集测量得到的透射光强度并记录。本发明可通过电子学同步，结构简单、便携，稳定性大大提高，通过集成更多不同波长的光源，可以比较容易地获得不同波长泵浦和探测的时间分辨光谱。
Description
技术领域
本发明涉及光谱仪，具体涉及一种基于电子学同步的时间分辨光谱仪。
背景技术
材料在受到光激发后，物理和化学的性能会随着时间产生变化，称为动力学过程。比如，太阳能电池、光催化材料、光敏分子等受到光激发后，处于激发态的载流子或者分子等会随着时间，通过辐射或者非辐射过程弛豫到基态。研究这些动力学过程的一个技术就是时间分辨光谱技术。时间分辨光谱，从时域来说，从超快的飞秒和皮秒时间，到纳秒、微秒，再到毫秒、秒等较宏观的时间尺度。常规的分辨率到皮秒的时间分辨光谱方法，一般需要一个皮秒或者飞秒激光光源和一个波长可调谐激光脉冲，并通过光学延时方法改变延时，***大，稳定性差，成本高，维护难。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于电子学同步的时间分辨光谱仪，解决现有的皮秒时间分辨的光谱仪结构复杂、稳定性差的问题。
技术方案：本发明所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，沿光路依次设置有光源模块、合束器、样品室、滤光模块、信号探测模块和数据采集装置，所述光源模块包括若干光源和驱动器，所述驱动器与光源电连接，所述驱动器电连接电子延时模块，所述信号探测模块与数据采集装置电连接，所述电子延时模块产生不同时序的电脉冲信号触发各驱动器按时序工作，各驱动器驱动各光源发光，各光源输出的不同延时的多路光通过合束器在空间重合后进入样品室，先到达样品的光激发样品，后到达的光经过样品，经滤光模块滤掉不需要的光后，探测模块测量透射光强度，数据采集装置记录透射光强度。
其中，所述光源模块为自由空间耦合的激光二极管、光纤耦合的激光二极管或光发射二极管。
所述合束器为反射镜和合束镜组合、光纤耦合合束器、波片和偏振分光镜组合中的至少一种。
所述滤光模块为滤光片、光栅和狭缝组合、光纤布拉格光栅、体布拉格光栅和单色仪中的至少一种。
所述信号探测模块为光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、CCD和CMOS中任一种。
所述数据采集装置为PC机。
所述数据采集装置与电子延时模块电连接，驱动电子延时模块工作。
有益效果：本发明可通过电子学同步，结构简单、便携，稳定性大大提高，通过集成更多不同波长的光源，可以比较容易地获得不同波长泵浦和探测的时间分辨光谱，结构简单稳定，实现从皮秒、纳秒、微秒、毫秒到秒的大范围时间尺度的时间分辨光谱测量。
附图说明
本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，沿光路依次设置有光源模块、合束器、样品室、滤光模块、信号探测模块和数据采集装置，光源模块包括若干光源和驱动器，所述驱动器与光源电连接，驱动器电连接电子延时模块，电子延时模块产生不同时序的电脉冲信号触发各驱动器并控制驱动器工作的时序，各驱动器驱动各光源发光，各光源输出的延时的多路光通过合束器在空间重合后进入样品室，先到达样品的光激发样品，后到达的光经过样品，经滤光模块滤掉不需要的光后，探测模块测量透射光强度，数据采集装置记录透射光强度与延时。光源模块为自由空间耦合的激光二极管，光纤耦合的激光二极管，光发射二极管，激光二极管作为种子光经激光放大器放大的光源，激光二极管作为种子光经激光放大器放大，再泵浦光参量放大器，产生波长可调谐的激光，激光二极管作为种子光经激光放大器放大，再泵浦非线性晶体，如LiB3O5,β-BaB2O4,LiNbO3等晶体，产生的谐波激光，激光二极管作为种子光经激光放大器放大，再泵浦材料产生超连续白光或其他波段的光，如蓝宝石晶体、氟化钙晶体、水、光子晶体、气体中的任一种；驱动器是驱动光源模块发光，可以产生不同电流、不同脉宽，以使光源模块产生不同脉宽、不同强度的光脉冲。也可以有调控光源模块温度的功能，在一定范围内调节光源模块发出的波长，驱动器输出的脉冲开始时间受电子延时模块脉冲的上升沿或者下降沿控制；驱动器输出的脉冲宽度可以自身模块控制，或者由电子延时模块的脉冲宽度决定；电子延时模块可以产生不同时序的电脉冲信号给一个或多个驱动器，用来触发不同驱动器并且控制各驱动器工作的时序，电子延时模块输出脉冲的上升沿或者下降沿触发驱动器模块什么时刻输出脉冲，也可以由电子延时模块输出脉冲的脉宽同时决定驱动器模块的输出时刻和输出脉宽，电子延时模块可以控制各电脉冲之间的延时，从皮秒、纳秒、微秒、毫秒、秒以及更长时间，以及不同的脉宽宽度，从皮秒、纳秒、微秒、毫秒、秒以及更长时间；合束器是处理光源模块输出的多路光在样品上的空间重合，是反射镜和合束镜组合、光纤耦合合束器、波片和偏振分光镜组合中的一种或多种；样品室用于放置待测样品，光源模块产生的一束或者多束光通过样品，激发样品以及样品对光产生吸收、反射等过程；滤光模块是通过滤掉非信号的光，以提高信噪比，是滤光片、光栅和狭缝组合、光纤布拉格光栅、体布拉格光栅、单色仪中的一种或多种；信号探测模块是探测信号的模块，是光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、CCD、CMOS中的任一种；数据采集装置是记录延时和记录信号，还可以控制电子延时模块输出什么时序和驱动哪个驱动器模块，实现某一个或多个光源模块输出某个或某些特定波长，并记录波长的信号大小，数据采集装置为PC机。
本发明工作时，数据采集装置控制电子延时模块产生2个有一定延时的脉冲，这2个脉冲分别触发某2个驱动器模块，让某2个光源产生一定脉宽和一定延时的2束光。其中一束光作为泵浦光激发样品，另外一束光作为探测光。信号探测模块测量探测光在该延时下经过样品后的透射光强度，数据采集装置记录这个延时下透射光的强度，通过电子延时模块不断改变2束光的延时，最后获得不同延时下透射光的强度，这就是一组时间分辨吸收光谱。也可以测量探测光在样品上的反射光或散射光的强度等，得到时间分辨光谱。数据采集装置也可以不控制电子延时模块，只记录延时，延时模块可以通过其他方式改变延时，比如手动改变电子延时模块各光脉冲之间的延时，在某些时间分辨光谱中，也可以产生2束以上的一定时序的光脉冲。比如时间分辨受激拉曼光谱，一束光用于泵浦样品，另外两束光用于产生受激拉曼过程，作为探测光，通过改变泵浦光和探测光之间的延时，获得时间分辨受激拉曼光谱。
Claims (7)
1.一种基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，沿光路依次设置有光源模块、合束器、样品室、滤光模块、信号探测模块和数据采集装置，所述光源模块包括若干光源和驱动器，所述驱动器与光源电连接，所述驱动器电连接电子延时模块，所述信号探测模块与数据采集装置电连接，所述电子延时模块产生不同时序的电脉冲信号触发各驱动器按时序工作，各驱动器驱动各光源发光，各光源输出的不同延时的多路光通过合束器在空间重合后进入样品室，先到达样品的光激发样品，后到达的光经过样品，经滤光模块滤掉不需要的光后，探测模块测量透射光强度，数据采集装置记录透射光强度。
2.根据权利要求1所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，所述光源模块为自由空间耦合的激光二极管、光纤耦合的激光二极管或光发射二极管。
3.根据权利要求1所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，所述合束器为反射镜和合束镜组合、光纤耦合合束器、波片和偏振分光镜组合中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，所述滤光模块为滤光片、光栅和狭缝组合、光纤布拉格光栅、体布拉格光栅和单色仪中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，所述信号探测模块为光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、CCD和CMOS中任一种。
6.根据权利要求1所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，所述数据采集装置为PC机。
7.根据权利要求1所述的基于电子学同步的时间分辨光谱仪，其特征在于，所述数据采集装置与电子延时模块电连接，驱动电子延时模块工作。
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