CN108195761B - 一种多维可调的分子准直实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种多维可调的分子准直实验系统，包括光路系统和进样系统，其中光路系统包括激光器以及其他光学元件，激光器发出的入射光路依次通过两块半透半反光镜形成第一光路、第二光路和第三光路，其中第一光路依次通过倍频区、偏振调节器、联合调节系统后汇入出射光路，第二光路依次通过延迟调节平台、展宽镜、偏振调节器和光阑后汇入出射光路，第三光路依次通过延迟调节平台、倍频区、偏振调节器、联合调节系统后汇入出射光路，出射光路穿过进样系统的真空准直室射入吸光室，在真空准直室中出射光路与分子样品相互作用，分子样品则依次通过极低温恒温器、准备室和六极管射入真空准直室最终在速度成像系统上显示实验结果。
Description
技术领域
本发明是涉及激光物理实验器材领域，具体的说是一种多维可调的分子准直实验系统。
背景技术
分子取向的控制在分子的光电离与光解离、高次谐波产生以及阿秒科学等研究领域都有重要的应用。在1995年，Friedrich和Herschback提出了可以通过一个强的非共振激光场实现分子取向，这一阶段使用的激光脉冲的脉冲时间大于分子的转动周期，分子在激光脉冲的最强时刻取向程度最好，脉冲结束后则恢复混乱状态，即非绝热取向。之后随着研究的深入，有学者提出了使用一束超短激光脉冲，其脉冲时间远远小于分子的转动周期，作用与分子之上。在脉冲结束之后，分子出现周期性的取向现象，即绝热取向。
现有的实验装置多是采用基于超声分子束技术将样品喷入六极杆。分子经过转动态的选择后，被送入真空反应室。而激光器发出的一束超短脉冲被分为两束，第一束能量较低，经过能量调节和偏振方向调节后射入反应室，与分子发生作用。而第二束能量较大，被引入延时t，经过展宽和偏振方向调节后射入反应室。此时分子已经开始周期性取向，这一束大能量激光将分子击碎，而碎片被电极加速，打在荧光板上进行离子速度成像，以用来分析作用开始t时间后分子的取向情况。
但是由于单脉冲的激光强度不能太高，因此取向的程度受到限制。于是又有学者提出使用两束有时间延迟的激光脉冲进行控制，并对两束脉冲的强度比、频率、延迟时间以及环境温度等参数进行最优化，实现最大程度的分子取向。之后基于双脉冲的相关理论研究也便开展起来了，而计算结果也表明这一方法确实能够大幅度提高分子取向的程度。然而现有的分子准直实验装置虽能实现绝热取向并进行测量，但多是针对单脉冲的实验进行的设计，无法进行双脉冲实验及双脉冲实验下多参数的可调节。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多维可调的分子准直实验系统，该种分子准直实验系统，能够实现单脉冲和双脉冲两种实验模式，以及在不增加新的激光器的基础上，双脉冲模式下多参数的可调节。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种多维可调的分子准直实验系统，其特征是：包括光路系统和进样系统，所述的光路系统包括激光发生器，所述的激光发生器射出激光形成入射光路，所述的入射光路通过第一半透半反镜，反射形成第二光路，透过第一半透半反镜的激光再次通过第二半透半反镜，反射形成第三光路，透过形成第一光路；
所述的第一光路依次通过倍频区、偏振调节器、联合调节系统汇入出射光路，所述的第二光路依次通过位移平台、展宽镜、偏振调节器、光阑汇入出射光路，所述的第三光路依次通过位移平台、倍频区、偏振调节器、联合调节系统汇入出射光路；
所述的位移平台可引入时间延迟，所述的偏振调节器可调节激光偏振状态，所述的倍频区可调节第一光路和第三光路的脉冲频率比，所述的联合调节系统可调节脉冲强度；
所述的进样系统包括样品室，所述的样品室通过真空隔热管道与极低温恒温器连接，所述的极低温恒温器通过真空隔热管道与准备室连接，所述的准备室通过真空隔热管道与六极杆连接，所述的六极杆的出口连接有真空准直室，所述的真空准直室内远离六极杆的一侧设置有速度成像系统，所述的真空准直室的侧面相对设置有一组窗口，所述的出射光路穿过两个窗口射入吸光室，所述的出射光路与真空准直室内的分子运动路径相互正交；
所述的样品室与极低温恒温器之间、极低温恒温器与准备室之间、准备室与六极杆之间均设置有阀门。
为优化上述发明，采取的具体措施还包括：
所述的激光发生器与第一半透半反镜之间设置有光隔离器和波长协调器，所述的入射光路依次通过光隔离器和波长协调器射入第一半透半反镜。
所述的位移平台通过设置多组由全反射镜组成的能够增加激光路径长度的反射镜组，实现时间延迟的引入，通过设置不同的激光路径长度进而引入具体的延时时间数据。
所述的偏振调节器由1/4波片-格兰棱镜-1/4波片组成。
所述的倍频区内设置两组倍频晶体，所述的两组倍频晶体可以移除任意一组或全部移除。
所述的联合调节系统内设置有两组联合光阑调节系统，所述的两组联合光阑调节系统均与计算机信号控制连接。
所述的入射光路穿过第二半透半反镜后形成第一光路，所述的第一光路通过多片全反射镜组成的反射镜组进行一系列反射后准确射入倍频区内。
所述的第一光路、第二光路和第三光路均通过由半透半反镜和全反射镜组成的镜片组最终准确汇入出射光路，所述的第一光路、第二光路和第三光路在位移平台引入的附加光程之外的光路距离相等。
该种多维可调的分子准直实验系统能够达到的有益效果为：
第一，可以实现双脉冲条件下多参数的调节，其中脉冲延时和检测延时由位移平台控制，脉冲频率比由倍频区控制，脉冲强度比由联合光阑调节系统控制，偏振方向由各自独立的偏振调节器控制，反应温度由极低温恒温器控制。
第二，可以撤下第二光路，改成单脉冲实验模式，实现单脉冲和双脉冲实验的切换。
附图说明
图1为本发明一种多维可调的分子准直实验系统的结构原理图。
图2为本发明一种多维可调的分子准直实验系统光路系统的结构原理图。
图3为本发明一种多维可调的分子准直实验系统进样系统的结构原理图。
图例说明：1、激光发生器；2、光隔离器；3、波长协调器；4、半透半反镜；4.1、第一半透半反镜；4.2、第二半透半反镜；5、位移平台；6、展宽镜；7、1/4波片；8、格兰棱镜；9、光阑；10、全反射镜；11、倍频晶体；12、联合调节系统；13、真空准直室；14、吸光室；15、样品室；16、阀门；17、极低温恒温器；18、准备室；19、真空隔热管道；20、六极杆；21、窗口；22、速度成像系统；23、倍频区；27、入射光路；28、第二光路；29、第三光路；30、第一光路；31、出射光路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。
一种多维可调的分子准直实验系统，其特征是：包括光路系统和进样系统，所述的光路系统包括激光发生器1，所述的激光发生器1射出激光形成入射光路27，所述的入射光路27通过第一半透半反镜4.1，反射形成第二光路28，透过第一半透半反镜4.1的激光再次通过第二半透半反镜4.2，反射形成第三光路29，透过形成第一光路30；
所述的第一光路30依次通过倍频区23、偏振调节器、联合调节系统12汇入出射光路31，所述的第二光路28依次通过位移平台5、展宽镜6、偏振调节器、光阑9汇入出射光路31，所述的第三光路依次通过位移平台5、倍频区23、偏振调节器、联合调节系统12汇入出射光路31；
所述的位移平台5可引入时间延迟，所述的偏振调节器可调节激光偏振状态，所述的倍频区23可调节第一光路30和第三光路29的脉冲频率比，所述的联合调节系统12可调节脉冲强度；
所述的进样系统包括样品室15，所述的样品室15通过真空隔热管道19与极低温恒温器17连接，所述的极低温恒温器17通过真空隔热管道19与准备室18连接，所述的准备室18通过真空隔热管道19与六极杆20连接，所述的六极杆20的出口连接有真空准直室13，所述的真空准直室13内远离六极杆20的一侧设置有速度成像系统22，所述的真空准直室13的侧面相对设置有一组窗口21，所述的出射光路31穿过两个窗口21射入吸光室14，所述的出射光路31与真空准直室13内的分子运动路径相互正交；
所述的样品室15与极低温恒温器17之间、极低温恒温器17与准备室18之间、准备室18与六极杆20之间均设置有阀门16。
本实施例中，激光发生器1与第一半透半反镜4.1之间设置有光隔离器2和波长协调器3，所述的入射光路27依次通过光隔离器2和波长协调器3射入第一半透半反镜4.1。
本实施例中，位移平台5通过设置多组由全反射镜10组成的能够增加激光路径长度的反射镜组，实现时间延迟的引入，通过设置不同的激光路径长度进而引入具体的延时时间数据。
本实施例中，偏振调节器由1/4波片7-格兰棱镜8-1/4波片7组成。
本实施例中，倍频区23内设置两组倍频晶体11，所述的两组倍频晶体11可以移除任意一组或全部移除。
本实施例中，联合调节系统12内设置有两组联合光阑调节系统，所述的两组联合光阑调节系统均与计算机信号控制连接。
本实施例中，入射光路27穿过第二半透半反镜4.2后形成第一光路30，所述的第一光路通过多片全反射镜10组成的反射镜组进行一系列反射后准确射入倍频区23内。
本实施例中，第一光路30、第二光路28和第三光路29均通过由半透半反镜4和全反射镜10组成的镜片组最终准确汇入出射光路31，所述的第一光路30、第二光路28和第三光路29在位移平台5引入的附加光程之外的光路距离相等。
本实施例中，激光发生器1采用钛宝石激光器，钛宝石激光器输出中心波长800nm。输出脉冲宽度在飞秒量级，一定范围内可调。位移平台5光路延长距离调节范围为：0-15cm。倍频晶体11为KTP或BBO晶体。六极杆20长度100cm，单根半径2mm，不锈钢材质，由陶瓷支架支撑，每根杆表面距共同中心4mm。
本实施例中，在钛宝石激光器1后加入光隔离器2，防止高能量反射光损坏激光器。在隔离器之后加入波长调谐装置3，用来在一定范围内调整激光输出波长。之后，脉冲在半透半反镜4的作用下被分为两束，一束能量较高，并在位移平台5上引入时间延迟tm，再通过展宽镜6和1/4波片7-格兰棱镜8-1/4波片7组成的偏振调节器调节偏振状态，之后通过光阑9控制能量输出，最后在全反射镜10作用下汇入出射光束。另一束在另一个半透半反镜作用下分为近似等强度的两束脉冲，其中一束在位移平台5上引入时间延迟t0。之后两束激光分别穿过倍频区23，根据实验要求可以移去任意一块倍频晶体11，或者全部移去，即可实现双脉冲频率比的自由调节，实现双脉冲频率比调整后，脉冲穿过一组偏振调节器，然后通过由计算机控制的联合光阑调节系统12，通过联合调节来控制两束脉冲的强度比。之后两束准直用脉冲也汇入出射光束，射入准直室 13。出射光束由三部分脉冲组成，设第一束脉冲与分子作用时为t=0，则t=t0时，第二束激光与分子作用，等到t=tm时，检测光到达，将分子打碎，进行离子速度成像，分析准直情况。与分子作用完之后，光束进入吸光室14，被吸光材料吸收，避免反射光回到系统中去产生干扰。
本实施例中，分子样品存储在样品室15内，样品室15在阀门16控制下进入极低温恒温器17进行温度调节，然后进入准备室18，并关闭第二个阀门16将恒温器分离开。然后打开第三个阀门16，使分子被真空管道19迅速吸入六极杆20中进行转动态选择，然后飞入准直室，与激光发生相互作用，使用窗口21使激光进入的同时保持准直室的真空状态。测量部分使用已成熟的离子速度成像系统22。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种多维可调的分子准直实验系统，其特征在于：包括光路系统和进样系统，所述的光路系统包括激光发生器(1)，所述的激光发生器(1)射出激光形成入射光路(27)，所述的入射光路(27)通过第一半透半反镜(4.1)，反射形成第二光路(28)，透过第一半透半反镜(4.1)的激光再次通过第二半透半反镜(4.2)，反射形成第三光路(29)，透过形成第一光路(30)；
所述的第一光路(30)依次通过倍频区(23)、偏振调节器、联合调节系统(12)汇入出射光路(31)，所述的第二光路(28)依次通过位移平台(5)、展宽镜(6)、偏振调节器、光阑(9)汇入出射光路(31)，所述的第三光路依次通过位移平台(5)、倍频区(23)、偏振调节器、联合调节系统(12)汇入出射光路(31)；
所述的倍频区(23)内设置两组倍频晶体(11)，所述的两组倍频晶体(11)可以移除任意一组或全部移除；所述的联合调节系统(12)内设置有两组联合光阑调节系统，所述的两组联合光阑调节系统均与计算机信号控制连接；
所述的位移平台(5)可引入时间延迟，所述的偏振调节器可调节激光偏振状态，所述的倍频区(23)可调节第一光路(30)和第三光路(29)的脉冲频率比，所述的联合调节系统(12)可调节脉冲强度；
所述的位移平台(5)通过设置多组由全反射镜(10)组成的能够增加激光路径长度的反射镜组，实现时间延迟的引入，通过设置不同的激光路径长度进而引入具体的延时时间数据；
所述的第一光路(30)、第二光路(28)和第三光路(29)均通过由半透半反镜(4)和全反射镜(10)组成的镜片组最终准确汇入出射光路(31)，所述的第一光路(30)、第二光路(28)和第三光路(29)在位移平台(5)引入的附加光程之外的光路距离相等；
所述的进样系统包括样品室(15)，所述的样品室(15)通过真空隔热管道(19)与极低温恒温器(17)连接，所述的极低温恒温器(17)通过真空隔热管道(19)与准备室(18)连接，所述的准备室(18)通过真空隔热管道(19)与六极杆(20)连接，所述的六极杆(20)的出口连接有真空准直室(13)，所述的真空准直室(13)内远离六极杆(20)的一侧设置有速度成像系统(22)，所述的真空准直室(13)的侧面相对设置有一组窗口(21)，所述的出射光路(31)穿过两个窗口(21)射入吸光室(14)，所述的出射光路(31)与真空准直室(13)内的分子运动路径相互正交；
所述的样品室(15)与极低温恒温器(17)之间、极低温恒温器(17)与准备室(18)之间、准备室(18)与六极杆(20)之间均设置有阀门(16)。
2.根据权利要求1所述的一种多维可调的分子准直实验系统，其特征在于：所述的激光发生器(1)与第一半透半反镜(4.1)之间设置有光隔离器(2)和波长协调器(3)，所述的入射光路(27)依次通过光隔离器(2)和波长协调器(3)射入第一半透半反镜(4.1)。
3.根据权利要求1所述的一种多维可调的分子准直实验系统，其特征在于：所述的偏振调节器由1/4波片(7)-格兰棱镜(8)-1/4波片(7)组成。
4.根据权利要求1所述的一种多维可调的分子准直实验系统，其特征在于：所述的入射光路(27)穿过第二半透半反镜(4.2)后形成第一光路(30)，所述的第一光路通过多片全反射镜(10)组成的反射镜组进行一系列反射后准确射入倍频区(23)内。
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