CN101294901A - 上转换时间分辨光谱的测量方法和测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量上转换时间分辨光谱的测量方法和测量装置。大功率连续光半导体激光器经高速脉冲泵浦源驱动，发出脉冲激光，激发样品上转换发光，光信号经单色仪分光后被光电倍增管接收转换为电信号，在单色仪扫描波长的同时通过锁定放大器对信号进行锁定放大，记录得到上转换时间分辨静态光谱；单色仪固定波长，用数字示波器同时监测泵浦源和发光脉冲信号，得到上转换时间分辨动态光谱。本发明的特点在于可以通过调节脉冲泵浦源的脉宽、频率和幅度，测量不同状态下的时间分辨静态光谱及动态光谱，了解材料上转换发光的动态机理特性，分析材料内部的能级结构信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量光谱的方法，具体地，涉及一种测量上转换时间分辨光谱的方法，同时，本发明还涉及测量上转换时间分辨光谱的测量装置。
背景技术
上转换是指将两个或两个以上的低能光子转换成一个高能光子的过程，一般特指将红外光转换成可见光的现象，其特点是所吸收的光子能量低于所发射的光子能量。由于上转换发光牵涉到多光子过程，其与一般的下转换发光不同，发光信号与泵浦的脉冲激光的脉冲宽度、频率、强度都有很大关系。
目前对上转换发光的研究仍然集中在对连续激光泵浦后的光谱分析上，对材料内部能级结构的分析仍然很不足。我们设计了高速可调的脉冲电流源来驱动大功率半导体激光器，通过对激发脉冲的宽度、频率、功率的调节，测量发光材料在不同脉冲激光激发下的上转换发光强度随波长和时间的分布，可以深入的分析动力学过程，了解材料内部结构方面的信息，是研究光电材料内部物理机理，探索新材料的一种重要方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种上转换时间分辨光谱的测量方法和测量装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种上转换时间分辨光谱的测量方法，包括以下步骤：
(1)过高速可调脉冲驱动电源泵浦半导体激光器产生脉冲激光；
(2)脉冲激光激发样品产生上转换发光，经单色仪分光后被光电倍增管转换为电信号；
(3)单色仪进行波长扫描，同时锁定放大器对电信号进行锁定放大，经记录得到上转换时间分辨静态光谱；
(4)单色仪固定波长，通过数字示波器同时监测脉冲激光信号和光电倍增管信号，得到上转换时间分辨动态光谱。
进一步地，所述步骤(2)中，激发样品产生上转换发光的脉冲激光重复频率、脉冲宽度、幅度均可调。
一种上转换时间分辨光谱的测量装置，它包括可调脉冲驱动大功率半导体激光器、单色仪、光电倍增管、锁定放大器、数字示波器、大功率高速脉冲驱动源、控制器和计算机。其中，大功率高速脉冲驱动源、大功率半导体激光器、单色仪和光电倍增管依次相连，锁定放大器和数字示波器分别与光电倍增管相连，控制器分别与大功率高速脉冲驱动源、单色仪、锁定放大器和数字示波器相连，计算机与控制器相连。
本发明的有益效果是：本发明解决了不同激发条件下上转换发光瞬态信号的探测困难；采用锁定放大器直接采集时间分辨静态光谱，较常规的光谱测量方法大大提高了灵敏度，同时也加快了测量光谱的速度；锁定放大器和数字示波器都是实验室常规设备，可以充分利用已有设备进行测量。
附图说明
图1是本发明上转换时间分辨光谱的测量装置的结构框图；
图2是不同激发脉冲宽度下的Y2O3:Er，Yb纳米材料的上转换时间分辨静态光谱图；
图3是Y2O3:Er，Yb纳米材料的上转换时间分辨动态光谱图。
具体实施方式
下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图1所示，本发明的上转换时间分辨光谱的测量装置包括可调脉冲驱动大功率半导体激光器、单色仪、光电倍增管、锁定放大器、数字示波器、大功率高速脉冲驱动源、控制器和计算机。其中，大功率高速脉冲驱动源、大功率半导体激光器、单色仪和光电倍增管依次相连，锁定放大器和数字示波器分别与光电倍增管相连，控制器分别与大功率高速脉冲驱动源、单色仪、锁定放大器和数字示波器相连，计算机与控制器相连。
大功率高速脉冲驱动源驱动大功率半导体激光器产生可控脉冲激光，经单色仪分光后被光电倍增管转换为电信号；单色仪波长扫描结合锁定放大器放大信号得到上转换时间分辨光谱；单色仪固定波长结合数字示波器监测得到特定跃迁的动态光谱信号；；计算机和控制器对单色仪扫描过程进行控制、对锁定放大器和数字示波器输出信号进行采集。
如图1所示，本发明的上转换时间分辨光谱的测量方法包括以下步骤：
(1)过高速可调脉冲驱动电源泵浦半导体激光器产生脉冲激光；
(2)脉冲激光激发样品产生上转换发光，经单色仪分光后被光电倍增管转换为电信号；
(3)单色仪进行波长扫描，同时锁定放大器对电信号进行锁定放大，经记录得到上转换时间分辨静态光谱；
(4)单色仪固定波长，通过数字示波器同时监测脉冲激光信号和光电倍增管信号，得到上转换时间分辨动态光谱。
本发明高速脉冲驱动大功率半导体激光器的脉冲宽度、频率和幅度均可调；静态光谱和动态光谱均是由计算机控制采集得到。
实施例
该实施例步骤如下：
(1)计算机发出指令，使控制电路产生频率为500Hz、脉冲宽度为1us的脉冲信号发送到激光器驱动电路，产生高速的恒电流脉冲，驱动半导体激光器，产生脉冲激光，脉冲的幅度在驱动器上设定为6A；
(2)以产生的脉冲激光激发样品Y2O3:Er，Yb，产生上转换发光信号，光信号经单色仪分光后，由光电倍增管转换为电信号；
(3)在计算机上设定单色仪的波长扫描范围500～700nm、锁定放大器的积分时间为1s，由控制器发出指令控制单色仪进行波长扫描，由锁定放大器对光电倍增管信号进行锁定放大，计算机采集记录得到上转换时间分辨静态光谱；将脉冲宽度改为2us、5us、10us、20us、50us和100us，重复前述步骤，得到一系列上转换时间分辨静态光谱曲线，如图2所示；
(4)重复步骤(1)和(2)，在计算机上设定单色仪的波长为539nm，在数字示波器上同时接入激发脉冲激光信号和光电倍增管信号，进行监测，记录得到上转换时间分辨动态光谱；改变单色仪波长为564nm和661nm，重复上述过程，得到对应波长的上转换时间分辨动态光谱；
如图3所示。
图2为选择脉冲宽度为1us、2us、5us、10us、20us、50us和100us激发样品得到的上转换时间分辨静态光谱；分别设置单色仪位于固定波长539nm、564nm和661nm，控制示波器采集倍增管输出信号，得到不同波长下的上转换时间分辨动态光谱，如图3所示。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种上转换时间分辨光谱的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过高速可调脉冲驱动电源泵浦半导体激光器产生脉冲激光。
(2)脉冲激光激发样品产生上转换发光，经单色仪分光后被光电倍增管转换为电信号。
(3)单色仪进行波长扫描，同时锁定放大器对电信号进行锁定放大，经记录得到上转换时间分辨静态光谱。
(4)单色仪固定波长，通过数字示波器同时监测脉冲激光信号和光电倍增管信号，得到上转换时间分辨动态光谱。
2.根据权利要求1所述的上转换时间分辨光谱的测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，激发样品产生上转换发光的脉冲激光重复频率、脉冲宽度、幅度均可调。
3.一种应用权利要求1所述上转换时间分辨光谱的测量方法的测量装置，其特征在于，它包括可调脉冲驱动大功率半导体激光器、单色仪、光电倍增管、锁定放大器、数字示波器、大功率高速脉冲驱动源、控制器和计算机。其中，大功率高速脉冲驱动源、大功率半导体激光器、单色仪和光电倍增管依次相连，锁定放大器和数字示波器分别与光电倍增管相连，控制器分别与大功率高速脉冲驱动源、单色仪、锁定放大器和数字示波器相连，计算机与控制器相连。
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Publications (1)
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2008
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