[發(fā)明專利]一種基于光參量放大的飛秒時間分辨多道鎖相熒光光譜儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410229765.2
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104048948A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翁羽翔;黨偉;王專;于清旭;陳珂;毛鵬程;王云鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛秒時間分辨熒光光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說本發(fā)明涉及一種基于光參量放大的飛秒時間分辨多道鎖相熒光光譜儀。

背景技術(shù)

時間分辨熒光光譜技術(shù)是光物理、光化學(xué)、生物等領(lǐng)域內(nèi)一種重要技術(shù)手段，用于獲取體系內(nèi)的激發(fā)態(tài)壽命、能量或電子轉(zhuǎn)移，以及結(jié)構(gòu)變化等信息。目前實現(xiàn)飛秒時間分辨熒光光譜測量的方法包括熒光上轉(zhuǎn)換技術(shù)、光克爾門技術(shù)以及飛秒時間分辨熒光非共線光參量放大光譜技術(shù)。相對于前兩者，飛秒時間分辨熒光非共線光參量放大光譜技術(shù)具有高增益、寬增益帶寬、低探測極限的優(yōu)勢。

圖1示出了一種典型的基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀系統(tǒng)。如圖1所示，摻鈦藍寶石再生放大器101的基頻輸出，經(jīng)過分束片102后分為兩束。其中一束光經(jīng)過樣品激發(fā)光產(chǎn)生部分103進行頻率變換，再經(jīng)第一聚焦透鏡104會聚后激發(fā)品105產(chǎn)生待測量的熒光。待測量的熒光經(jīng)過熒光收集和會聚系統(tǒng)106后會聚至光參量晶體110。另一束光，經(jīng)過光延遲系統(tǒng)107后，再經(jīng)倍頻晶體108產(chǎn)生基頻光的2倍頻作為光參量過程的泵浦光。泵浦光作為光脈沖門，經(jīng)過第二聚焦透鏡109后對與其同時到達光參量晶體110的且滿足相位匹配條件的熒光光子進行能量放大。通過調(diào)節(jié)光延遲系統(tǒng)107改變泵浦光到達光參量晶體110的時間延遲，實現(xiàn)對不同時刻輻射的熒光光子進行能量放大，從而得到熒光動力學(xué)信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)111是基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀的重要組成部分。通常情況下可以選擇CCD(charge?couple?device)光譜儀作為基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)111。文獻：X.F.Han,X.H.Chen,Y.X.Weng?and?J.Y.Zhang.Ultrasensitive?femtosecond?time-resolved?fluorescence?spectroscopy?for?relaxation?processes?by?using?parametric?amplification,J.Opt.Soc.Am.B,24,1633,2007提到，泵浦光通過光參量過程對待測熒光光子進行能量放大的同時，還對真空量子噪聲進行能量放大并形成明亮的超熒光環(huán)。因此，在飛秒時間分辨熒光非共線光參量放大光譜技術(shù)中能量放大的熒光光子或者稱為時間分辨的熒光光子迭加在超熒光背景上，即時間分辨的熒光光子和與其重合的部分超熒光背景兩者在時間上和空間上都是不能區(qū)分的。超熒光在可見光到近紅外波段范圍內(nèi)都有能量分布，且相對于時間分辨熒光光子，超熒光的強度更大，能量波動也非常明顯。因此在利用基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀采集時間分辨熒光光譜信息時，需要考慮超熒光背景的扣除。CCD光譜儀會記錄所有入射到CCD上的時間分辨熒光光子、穩(wěn)態(tài)熒光光子以及超熒光光子的強度信息，因此利用CCD光譜儀作為基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，時間分辨熒光光譜采集需要分三步完成。第一步，測量時間分辨的熒光光子、穩(wěn)態(tài)的熒光光子與超熒光背景三者強度迭加的光譜。第二步，阻擋光參量放大泵浦光，得到穩(wěn)態(tài)熒光光譜。第三步，對樣品激發(fā)光進行阻擋，得到超熒光背景光譜。利用第一步得到的光譜強度減去第二步、第三步得到光譜強度，從而得到時間分辨的熒光光譜。CCD光譜儀作為基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在如下兩方面的缺陷。第一，上述分步測量獲得時間分辨熒光光譜的前提條件是超熒光的光譜形狀是穩(wěn)定的，且超熒光的光譜形狀不受熒光光子能量放大的影響。但是相鄰光參量泵浦光脈沖間超熒光光譜的形狀存在差異，且只有當(dāng)熒光光子能量放大滿足小信號近似時熒光光子的能量放大才不會引起超熒光光譜形狀的改變。第二，單獨記錄的超熒光光譜強度與存在熒光光子能量放大時記錄的超熒光光譜強度存在差異。因此，上述分步測量的方法不能準(zhǔn)確地扣除超熒光背景對時間分辨熒光光譜的干擾。

綜上所述，現(xiàn)有的基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有基于光參量放大的飛秒時間分辨熒光光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)單次測量獲得無超熒光背景干擾的時間分辨熒光光譜。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于光參量放大的飛秒時間分辨多道鎖相熒光光譜儀，包括：

激光光源與光束分束片；

樣品激發(fā)光產(chǎn)生部分，用于激光光源輸出基頻光的頻率變換；

樣品激發(fā)光的聚焦裝置以及樣品固定的樣品池；

樣品熒光的收集和會聚系統(tǒng)；

熒光光參量放大所需泵浦光的產(chǎn)生部分；