CN106556588B - 超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪 - Google Patents

超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明适用于超快光学测量技术领域，提供了一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，包括：第一二向色镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二二向色镜、第一物镜、第二物镜、短波通滤光片、光纤收集透镜和CCD光纤光谱仪；第一二向色镜用于将入射的待测光谱分离为探测光与超连续谱光，第一、第二光路转向组件用于将被分离的光的传播方向分别引导至第二二向色镜，第二二向色镜用于将入射的探测光和超连续谱光共线输出，第一物镜用于激发样品产生信号光，信号光经第二物镜收集后输出，并经短波通滤光片滤除背景光后，被光纤收集透镜耦合到CCD光纤光谱仪来测量。本发明提供的测量仪结构简单、易调节且获取的数据易处理。

Description

超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪
技术领域
本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪。
背景技术
图1是关于交叉频域相关X-Frog时间分布测量仪的示意图，其包括器件：平面反射镜101-110、凹面反射镜111、和频晶体112和CCD光谱仪113，其中，和频晶体112置于一自动摆动的电控马达上；在测量时，通过非共线的方式将探测光与超连续谱光分别送入该测量仪，两路光脉冲分别经过一系列平面反射镜反射后，再经过同一凹面反射镜111反射，然后反射的所述探测光与超连续谱光经过和频晶体产生和频信号，再射入所述CCD光谱仪113来实现对和频信号的时间分布的测量。
上述时间分布测量仪的缺点在于：1、采用非共线输入，调节起来比较麻烦；2、测量时要采用迭代算法，求解过程比较复杂；3、和频晶体需要满足相位匹配条件；另外，光谱仪之前没有设置滤光片，会存在一定的背景干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，旨在提供一种结构更加简单、更易调节并且获取的数据更易处理的各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪。
本发明提供了一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，包括：
第一二向色镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二二向色镜、第一物镜、第二物镜、短波通滤光片、光纤收集透镜和CCD光纤光谱仪；
其中，所述第一二向色镜与待测光谱入射光呈预设角度放置，用于将入射的待测光谱分离为短波的探测光与长波的超连续谱光；
所述第一光路转向组件，用于将所述超连续谱光的传播方向引导至所述第二二向色镜；
所述第二光路转向组件，用于将所述探测光的传播方向引导至所述第二二向色镜；
所述第二二向色镜，用于将入射的所述探测光和所述超连续谱光共线输出；
所述第一物镜，用于将从所述第二二向色镜出射的探测光和超连续谱光聚焦，以产生聚焦光斑并打到样品上，从而激发样品产生信号光；
所述第二物镜，用于收集所述信号光，并做准直处理以使所述信号光准平行输出；
所述短波通滤光片，用于将从所述第二物镜准平行输出的信号光中的探测光和超连续谱光滤除；
所述光纤收集透镜，用于将通过所述短波通滤光片的信号光耦合到光纤中，从而送入所述CCD光纤光谱仪；
所述CCD光纤光谱仪，用于对所述信号光的各个谱成分时间分布及时间一致性进行测量。
进一步地，所述第一光路转向组件包括第一全反镜，所述第一全反镜与所述第一二向色镜平行。
进一步地，所述第二光路转向组件包括第二全反镜、第三全反镜、一维位移台和第四全反镜；
所述第二全反镜和所述第三全反镜放置于所述一维位移台上，所述一维位移台所在的平面与所述待测光谱入射光所在直线平行，所述第二全反镜与所述第一二向色镜平行，所述第二全反镜、第三全反镜与所述一维位移台所在平面的夹角之和互补，所述第四全反镜与所述第三全反镜平行。
进一步地，所述预设角度为45度或135度。
进一步地，所述测量仪还包括一个定位准直孔，所述定位准直孔设置于所述第二二向色镜和所述第一物镜之间。
进一步地，所述第一物镜、所述第二物镜分别与所述样品之间的距离相等。
进一步地，所述样品为熔融石英或苯甲腈。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，采用共线输入的方式，使得调节更加方便，并且，得到的迹线图的中心就对应超连续谱各个谱成分对应的时间分布中心，不需要通过算法迭代求解，易得到结果；另外，基于四波混频的原理并采用共线方式，所以，自动满足相位匹配条件。
本发明相较于X-Frog时间分布测量仪具有更加简单的空间结构，易于调节，且获取的数据易于处理；同时，样品也比较简单，可以根据实际需要自行选择，比如，样品采用熔融石英片这种廉价的材料即可；另外，在CCD光纤光谱仪之前还设置有短波通滤光片，可有效的排除探测光和超连续光谱的干扰，增加信号对比度，使得测量结果更加准确。
附图说明
图1是现有技术提供的关于交叉频域相关X-Frog时间分布测量仪的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的主要实现思想为：合束后的超连续谱与探测光脉冲经第一二向色镜后，将其中的探测光和超连续谱光分离，所述超连续谱光的光路方向被改变后射入第二二向色镜，所述探测光的光路被改变后射入所述第二二向色镜，并且通过调节光路可使得所述探测光和所述超连续谱光分别经过第一二向色镜、第二二向色镜之间的光路时，满足时间基本重合(时间差小于20ps)，以及使得所述探测光和所述超连续谱光经过所述第二二向色镜后，满足共线输出；共线输出的探测光和超连续谱光经过第一物镜产生聚焦光斑，照射到用于产生四波混频信号光的样品上，并经过第二物镜收集到信号光并做准直处理，得到准平行的信号光；所述信号光经过短波通滤光片后，滤除所述探测光和超连续谱光，得到四波混频信号光，再经过光纤收集透镜后传递给CCD光纤光谱仪，来测量各个谱成分时间分布及时间一致性。
下面具体介绍这种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，如图2所示，包括：
第一二向色镜201、第一全反镜202、第二全反镜203、第三全反镜204、一维位移台205、第四全反镜206和第二二向色镜207。
所述第一二向色镜201与待测光谱入射光所在直线呈预设角度放置，本发明实施例是呈135度角放置，所述第一二向色镜201与所述第一全反镜202、第二全反镜203、第二二向色镜207平行，所述第二全反镜203和所述第三全反镜204放置于所述一维位移台205上，所述一维位移台205所在的平面与所述待测光谱入射光所在直线平行，所述第二全反镜203、第三全反镜204与所述一维位移台205所在平面的夹角之和互补，所述第四全反镜206与所述第三全反镜204平行。
所述待测光谱射入所述第一二向色镜201后被分离成探测光和超连续谱光，从所述第一二向色镜201透射的超连续谱光经所述第一全反镜202反射后，射入所述第二二向色镜207；从所述第一二向色镜201反射的探测光经所述第二全反镜203、第三全反镜204、第四全反镜206反射后，射入所述第二二向色镜207。
需要注意的是，需要通过调节所述一维位移台205的位置来调节所述第二全反镜203和第三全反镜204的位置，从而使所述探测光和所述超连续谱光分别经过第一二向色镜201、第二二向色镜207之间的光路时，满足时间差小于20ps，同时调节第四全反镜206和第二二向色镜207，使所述探测光和所述超连续谱光经过所述第二二向色镜207后，满足共线输出。
所述测量仪还包括：沿所述第二二向色镜207射出光线方向依次设置的第一物镜208、第二物镜210、短波通滤光片211、光纤收集透镜212和CCD光纤光谱仪213；所述第一物镜208和所述第二物镜210之间放置有样品209。
进一步地，所述测量仪还包括定位准直孔214，所述定位准直孔214设置于所述第二二向色镜207和所述第一物镜208之间，所述定位准直孔214用于检验所述测量仪包含的机械器件安装是否稳定，机械器件的稳定性决定后光路的稳定性，如果机械器件不稳定，则后光路随时都有可能会偏离，这样的话，测量的信号就会变弱，甚至消失；具体的检验方式可以为：在所述第一物镜208正上方放置一全反镜，调整并固定所述定位准直孔214的位置，使从所述第二二向色镜207出射的探测光和超连续谱光垂直射入所述定位准直孔214的中心，观察射出的光路经所述全反镜反射后能否再次垂直射入所述定位准直孔214的中心，从而可以判断所述机械器件是否安装稳定，进而确保仪器可进行重复测量与调节。
其中，所述第一物镜208和所述第二物镜210为相同材质、相同型号，且所述第一物镜208和所述第二物镜210分别与所述样品之间的距离相同；所述第一物镜208用于将射入的探测光和超连续谱光聚焦，产生聚焦光斑并打到样品上，从而激发所述样品209产生信号光；所述第二物镜210用于收集信号光，并做准直处理，使所述信号光准平行输出。
其中，所述样品209为熔融石英或苯甲腈，所述熔融石英用于产生四波混频非共振信号，所述苯甲腈用于产生四波混频CARS(Coherent anti-Stokes Raman Scattering，相干反斯托克斯拉曼散射)信号。
其中，所述短波通滤光片211用于滤除所述信号光中的探测光和超连续谱光，得到四波混频信号光。
进一步地，所述光纤收集透镜212与CCD光纤光谱仪213之间包括一根多模光纤。
其中，所述光纤收集透镜212用于将所述四波混频信号光耦合到所述多模光纤中，从而送入所述CCD光纤光谱仪213，来对各个谱成分时间分布及时间一致性进行测量。
本发明提供的一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，主要用于测量超快光子晶体光纤中各个光谱成分在时间上的分布，本发明相较于X-Frog时间分布测量仪具有更加简单的空间结构，易于调节，且获取的数据易于处理；同时，样品也比较简单，可以根据实际需要自行选择，比如，样品采用熔融石英片这种廉价的材料即可；另外，在所述CCD光纤光谱仪之前还设置有短波通滤光片，可排除探测光和超连续光谱的干扰，使得测量结果更加准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，其特征在于，包括：
第一二向色镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二二向色镜、第一物镜、第二物镜、短波通滤光片、光纤收集透镜和CCD光纤光谱仪；
其中，所述第一二向色镜与待测光谱入射光呈预设角度放置，用于将入射的待测光谱分离为短波的探测光与长波的超连续谱光；
所述第一光路转向组件，用于将所述超连续谱光的传播方向引导至所述第二二向色镜；
所述第二光路转向组件，用于将所述探测光的传播方向引导至所述第二二向色镜；
所述第二二向色镜，用于将入射的所述探测光和所述超连续谱光共线输出；
所述第一物镜，用于将从所述第二二向色镜出射的探测光和超连续谱光聚焦，以产生聚焦光斑并打到样品上，从而激发样品产生信号光；
所述第二物镜，用于收集所述信号光，并做准直处理以使所述信号光准平行输出；
所述短波通滤光片，用于将从所述第二物镜准平行输出的信号光中的探测光和超连续谱光滤除；
所述光纤收集透镜，用于将通过所述短波通滤光片的信号光耦合到光纤中，从而送入所述CCD光纤光谱仪；
所述CCD光纤光谱仪，用于对所述信号光的各个谱成分时间分布及时间一致性进行测量；
所述第二二向色镜和所述第一物镜之间设置有定位准直孔；所述第一物镜、所述第二物镜分别与所述样品之间的距离相等。
2.如权利要求1所述的超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，其特征在于，所述第一光路转向组件包括第一全反镜，所述第一全反镜与所述第一二向色镜平行。
3.如权利要求2所述的超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，其特征在于，所述第二光路转向组件包括第二全反镜、第三全反镜、一维位移台和第四全反镜；
所述第二全反镜和所述第三全反镜放置于所述一维位移台上，所述一维位移台所在的平面与所述待测光谱入射光所在直线平行，所述第二全反镜与所述第一二向色镜平行，所述第二全反镜、第三全反镜与所述一维位移台所在平面的夹角之和互补，所述第四全反镜与所述第三全反镜平行。
4.如权利要求3所述的超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，其特征在于，所述预设角度为45度或135度。
5.如权利要求1所述的超连续谱各个谱成分时间分布及时间一致性测量仪，其特征在于，所述样品为熔融石英或苯甲腈。
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