CN108801915B - 泵浦探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵浦探测系统，该系统包括：光学平台以及设置在所述光学平台上的激光器、载物装置、控制设备、反射调节镜、第一延时装置、第二延时装置、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑、第四光阑、太赫兹发射装置、太赫兹探测装置、第一太赫兹反射镜、第二太赫兹反射镜和光功率计等光学器件；通过这些光学器件的安装组合泵浦探测系统。该系统为研究样品的非线性光学特性提供了快捷、丰富和多样的方式。

Description

泵浦探测系统

技术领域

本发明涉及超快非线性光学领域，尤其涉及一种泵浦探测系统。

背景技术

目前，在泵浦探测(Pump-and-Probe)技术中，激光器的出射激光由分束镜分为两束，一束为泵浦光，一束为探测光，两束光之间通过一个时间延迟装置，可以调节泵浦光和探测光之间的延迟时间，对于不同的光学非线性机制，有着不同的形成时间和恢复时间，可以利用这一特点研究和区分材料的光学非线性响应机制。泵浦光与探测光作用在材料上相同的区域，泵浦光的光强较强，用于激发材料的光学非线性，当强泵浦光入射到待测样品上时，样品在强光照射下产生非线性光学响应，材料的性质发生改变，因此能够对经过其中的探测光形成调制，通过调节泵浦光和探测光的光程差(延迟时间差)，在不同延迟时间下测量样品的透过率，即可研究该材料的非线性动力学过程。基于泵浦探测技术形成的泵浦探测系统很多，比如太赫兹时域光谱系统和全光泵浦探测系统等，然而现有的泵浦探测系统功能较为单一，无法满足实验需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种泵浦探测系统，旨在改善现有的泵浦探测系统的功能单一的问题。

本发明的实施例提供了一种泵浦探测系统，该泵浦探测系统包括：光学平台以及设置在所述光学平台上的激光器、载物装置、控制设备、反射调节镜、第一延时装置、第二延时装置、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑、第四光阑、太赫兹发射装置、太赫兹探测装置、第一太赫兹反射镜、第二太赫兹反射镜和光功率计；

所述载物装置用于放置待测样品，所述载物装置与所述控制设备电性连接，在所述控制设备的控制下将所述待测样品移动至第一预设位置或第二预设位置；所述第一预设位置位于所述第一太赫兹反射镜和第二太赫兹反射镜之间，所述第二预设位置与所述光功率计相对应；

所述激光器发射的激光经过所述第一分光片分成相互垂直传播的泵浦光和探测光；所述泵浦光通过所述第一延时装置被反射至所述反射调节镜，并通过所述反射调节镜的调节将所述泵浦光反射至位于所述第一预设位置或第二预设位置的待测样品；

所述探测光经过所述第二分光片分成相互垂直传播的透射探测光和太赫兹探测光，其中所述透射探测光通过所述第二延时装置被发射至所述第一反射镜，所述第一反射镜将所述透射探测光反射至所述第三分光片；所述太赫兹探测光通过所述第二反射镜反射至所述太赫兹探测装置；

所述透射探测光经过所述第三分光片分成相互垂直传播的样品探测光和太赫兹泵浦光，其中所述样品探测光经过所述第三反射镜反射至位于所述第一预设位置的待测样品，所述太赫兹泵浦光经过所述第四反射镜反射至所述太赫兹发射装置；所述光功率计用于测量透过所述待测样品的样品探测光；

其中，所述第一光阑位于所述第一分光片和第一延时装置对应的光路之间，用于阻断或导通所述泵浦光；所述第二光阑位于所述第二分光片和第二反射镜对应的光路之间，用于阻断或导通所述太赫兹探测光；所述第三光阑位于所述第三分光片和第三反射镜对应的光路之间，用于阻断或导通所述样品探测光；所述第四光阑位于所述第三分光片和第四反射镜对应的光路之间，用于阻断或导通所述太赫兹泵浦光；

其中，在所述太赫兹泵浦光的激励作用下所述太赫兹发射装置发射出太赫兹波，所述太赫兹波经过所述第一太赫兹反射镜、位于所述第一预设位置的待测样品和第二太赫兹反射镜传播至所述太赫兹探测装置。

在本发明的泵浦探测系统中，还包括：设置在所述光学平台上的第五反射镜和第六反射镜，所述第五反射镜和第六反射镜用于将所述太赫兹探测光经过两次反射至所述第二反射镜。

在本发明的泵浦探测系统中，还包括：设置在所述光学平台上的第七反射镜，所述第七反射镜用于将所述激光器发射的激光反射至所述第一分光片上。

在本发明的泵浦探测系统中，所述第二光阑设置所述第五反射镜和第六反射镜对应光路之间。

在本发明的泵浦探测系统中，所述太赫兹发射装置包括：第一聚光镜和太赫兹发射器；所述太赫兹探测装置包括：第二聚光镜和太赫兹探测器。

在本发明的泵浦探测系统中，还包括：锁相放大器，所述锁相放大器与所述太赫兹探测器电性连接。

在本发明的泵浦探测系统中，还包括：计算机设备；所述控制设备、光功率计和锁相放大器均与所述计算机设备电性连接。

在本发明的泵浦探测系统中，所述载物装置包括电机平移台；所述电机平移台的载物台可延两个相互垂直方向移动。

在本发明的泵浦探测系统中，还包括：第一凸透镜和孔径光阑；所述第一凸透镜和孔径光阑设置在所述光学平台上且位于所述第三反射镜和光功率计之间以组成Z扫描装置。

在本发明的泵浦探测系统中，所述激光器为飞秒激光器。

本发明实施例提供了一种泵浦探测系统，该系统包括：光学平台以及设置在所述光学平台上的激光器、载物装置、控制设备、反射调节镜、第一延时装置、第二延时装置、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑、第四光阑、太赫兹发射装置、太赫兹探测装置、第一太赫兹反射镜、第二太赫兹反射镜和光功率计等光学器件；通过这些光学器件的安装组合形成泵浦探测系统，该系统为研究样品的非线性光学特性提供了快捷、丰富和多样的方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种泵浦探测系统的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种泵浦探测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的泵浦探测系统对应的第一工作模式示意图；

图4是本发明实施例提供的泵浦探测系统对应的第二工作模式示意图；

图5是本发明实施例提供的泵浦探测系统对应的第三工作模式示意图；

图6是本发明实施例提供的泵浦探测系统对应的第四工作模式示意图；

图7是本发明又一实施例提供的一种泵浦探测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种泵浦探测系统的结构示意图。如图1所示，该泵浦探测系统包括：光学平台(图未示)以及设置在所述光学平台上的激光器11、载物装置12、控制设备13、反射调节镜14、第一延时装置21、第二延时装置22、第一分光片31、第二分光片32、第三分光片33、第一反射镜41、第二反射镜42、第三反射镜43、第四反射镜44、第一光阑51、第二光阑52、第三光阑53、第四光阑54、太赫兹发射装置61、太赫兹探测装置62、第一太赫兹反射镜63、第二太赫兹反射镜64和光功率计70。

其中，该光学平台也称为科学桌面或实验平台，用于提供水平、稳定的台面以便上述光学器件可拆卸地安装在该光学平台上以组成泵浦探测系统。

载物装置12用于放置待测样品，所述待测样品可以固体待测样品、液体待测样品或气体待测样品。载物装置12为电机平移台，该电机平移台的载物台可延两个方向移动。载物装置12与控制设备13电性连接，在控制设备13的控制下通过载物装置12将所述待测样品移动至第一预设位置121或第二预设位置122，第一预设位置121或第二预设位置122为控制载物台达到的位置，在该位置处用于完成对待测样品的测试。其中，第一预设位置121位于第一太赫兹反射镜63和第二太赫兹反射镜64之间，第二预设位置122与光功率计70相对应，位于光功率计70后用于测量通过所述待测样品的光对应的功率。

如图1所示，该激光器11为飞秒激光器，激光器11发射的激光经过第一分光片31分成相互垂直传播的泵浦光和探测光。所述泵浦光传播至第一延时装置21，并通过第一延时装置21反射至反射调节镜14，反射调节镜14通过调节相应的角度以将所述泵浦光反射至位于第一预设位置121或第二预设位置122的待测样品，用于对位于第一预设位置121或第二预设位置122起到泵浦作用。其中第一延时装置21和第二延时装置22均包括电机平移台和安装在该电机平移台上三角反射镜，通过电机平移台的移动来改变所述泵浦光相对所述探测光延时时间。反射调节镜14包括调整架和安装在调整架上的反射镜，通过调节反射镜的角度来改变泵浦光的传播方向。

所述探测光经过第二分光片32分成相互垂直传播的透射探测光和太赫兹探测光，其中所述透射探测光向通过第二延时装置22传播，通过第二延时装置22被发射至第一反射镜41，第一反射镜41将所述透射探测光反射至第三分光片33；所述太赫兹探测光通过向第二反射镜42传播，第二反射镜42将所述太赫兹探测光反射至太赫兹探测装置62。

所述透射探测光经过第三分光片33分成相互垂直传播的样品探测光和太赫兹泵浦光。其中所述样品探测光向第三反射镜43传播，经过第三反射镜43反射至位于第一预设位置121的待测样品；所述太赫兹泵浦光向第四反射镜44传播，经过第四反射镜44反射至太赫兹发射装置61。其中，太赫兹发射装置61包括：第一聚光镜611和太赫兹发射器612；太赫兹探测装置62包括：第二聚光镜621和太赫兹探测器622。

其中，第一光阑51位于第一分光片31和第一延时装置21对应的光路之间，用于阻断或导通所述泵浦光，即打开第一光阑51导通所述泵浦光，关闭第一光阑51阻断所述泵浦光。第二光阑52位于第二分光片32和第二反射镜42对应的光路之间，用于阻断或导通所述太赫兹探测光。第三光阑53位于第三分光片33和第三反射镜43对应的光路之间，用于阻断或导通所述样品探测光。第四光阑54位于第三分光片33和第四反射镜44对应的光路之间，用于阻断或导通所述太赫兹泵浦光。

其中，在所述太赫兹泵浦光的激励作用下太赫兹发射装置61反射出太赫兹波，所述太赫兹波经过第一太赫兹反射镜63、位于第一预设位置121的待测样品和第二太赫兹反射镜64传播至太赫兹探测装置62。

在一实施例中，如图2所示，该泵浦探测系统还包括：设置在所述光学平台上的第五反射镜45、第六反射镜46和第七反射镜47，第五反射镜45和第六反射镜47用于将所述太赫兹探测光经过两次反射至第二反射镜42，以便改变光路传播路径。第七反射镜47用于将激光器11发射的激光反射至第一分光片31上，以方便激光器11的位置安装。其中，第二光阑52可设置所述第五反射镜45和第六反射镜46对应光路之间。

在一实施例中，如图2所示，该泵浦探测系统，还包括：锁相放大器80和计算机设备90，锁相放大器80与太赫兹探测器622电性连接，锁相放大器80还与计算机设备90通信连接用于通过锁相放大器80获取太赫兹数据。控制设备13、光功率计70和锁相放大器80均与计算机设备90电性连接，以便实现软件控制。

在一实施例中，如图2所示，该泵浦探测系统，还可包括：准直光阑60，准直光阑60设置光学平台上且位于第一分光片31和第二分光片32之间，用于光路的准直、同时还可以阻断或导通光路。

在一实施例中，载物装置12包括电机平移台，所述电机平移台的载物台可延两个方向移动，即竖直方向和水平方向移动。

上述实施例中提供的泵浦探测系统包括：光学平台以及设置在所述光学平台上的激光器、载物装置、控制设备、反射调节镜、第一延时装置、第二延时装置、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑、第四光阑、太赫兹发射装置、太赫兹探测装置、第一太赫兹反射镜、第二太赫兹反射镜和光功率计等光学器件；通过这些光学器件的安装组合泵浦探测系统，该系统可为研究样品的非线性光学特性提供了快捷、丰富和多样的方式。

请参阅图3至图6，图3至图6是该泵浦探测系统对应的不同的工作模式。如图3所示，当关闭第一光阑51和第三光阑53，同时打开第二光阑52和第四光阑54时，通过控制设备13控制待测样品移动至第一预设位置121，即可完成对该待测样品的太赫兹探测；如图4所示，当关闭第三光阑53，同时打开第一光阑51、第二光阑52和第四光阑54时，即可完成对所述待测样品的光泵浦太赫兹探测；如图5所示，当关闭第二光阑52和第四光阑54，同时打开第一光阑51和第三光阑53时，即可完成对所述待测样品的光泵浦光探测；如图6所示，当关闭第一光阑51、第二光阑52和第四光阑54，打开第三光阑53时，通过控制设备13控制待测样品移动至第一预设位置122，即可完成对待测样品的Z扫描测试。由此可见，该泵浦探测系统可为研究样品的非线性光学特性提供了快捷、丰富和多样的方式。

在一实施例中，如图5所示，该泵浦探测系统还包括波分片30，波分片30设置在光学平台上，且位于第三反光镜43和位于第二预设位置122之间，通过波分片30改变样品探测光的偏振态，由此可以测量待测样品的三阶极化率。

在一实施例中，如图6所示，光功率计70包括第一光功率计71和第二光功率计72。该泵浦探测系统还包括：第一凸透镜731和孔径光阑74；第一凸透镜731和孔径光阑74设置在所述光学平台上，且位于第三反射镜43和第一光功率计71之间，第一凸透镜731和孔径光阑74位于待测样品的两侧，孔径光阑74靠近所述待测样品，由此组成Z扫描装置。在另一实施例中，还包括设置在光学系统上的第四分光片34，第四分光片34位于第三反光镜43和第一凸透镜731之间；第二光功率计72与第四分光片34用于接收第四分光片34的反射光。由此组织另一形式的Z扫描装置。

在一实施例中，如图7所示，该泵浦探测系统还包括：第八反射镜48和第二凸透镜732，反射镜48设置在光学平台上，与发射调节镜14相对设置，用于反射并改变所述泵浦光的传播路径使得所述泵浦光的传播路径与所述样品探测光垂直传播。第二凸透镜732设置所述光学平台上且与第三反射镜43和第八反射镜48相对，用于将泵浦光和样品探测光聚焦在待测样品的同一点上以便更好地完成样品的检测。

在一实施例中，如图7所示，该泵浦探测系统还包括：第一偏振片301和第二偏振片302，第一偏振片301和第二偏振片302设置在所述光学平台上，第一偏振片301和第二偏振片302位于第二预设位置的两侧，其中波分片30也为偏振片。基于光克尔效应，通过设置三个偏振片，保证了泵浦光和样品探测光偏振一样，在探测光路探测器(光功率计70)前加了垂直方向的偏振片。当有泵浦光时，探测器才能探测到信号，由此可以求得三阶极化率的模。若在探测光路第一偏振片301后再加个四分之一波片，通过旋转该四分之一波片轴与第一偏振片301方向的夹角，可得出三阶极化率的实部和虚部。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种泵浦探测系统，其特征在于，包括：光学平台以及设置在所述光学平台上的激光器、载物装置、控制设备、反射调节镜、第一延时装置、第二延时装置、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑、第四光阑、太赫兹发射装置、太赫兹探测装置、第一太赫兹反射镜、第二太赫兹反射镜和光功率计；

所述载物装置用于放置待测样品，所述载物装置与所述控制设备电性连接，在所述控制设备的控制下将所述待测样品移动至第一预设位置或第二预设位置；所述第一预设位置位于所述第一太赫兹反射镜和第二太赫兹反射镜之间，所述第二预设位置与所述光功率计相对应；

所述激光器发射的激光经过所述第一分光片分成相互垂直传播的泵浦光和探测光；所述泵浦光通过所述第一延时装置被反射至所述反射调节镜，并通过所述反射调节镜的调节将所述泵浦光反射至位于所述第一预设位置或第二预设位置的待测样品上；

所述探测光经过所述第二分光片分成相互垂直传播的透射探测光和太赫兹探测光，其中所述透射探测光通过所述第二延时装置被发射至所述第一反射镜，所述第一反射镜将所述透射探测光反射至所述第三分光片；所述太赫兹探测光通过所述第二反射镜反射至所述太赫兹探测装置；

所述透射探测光经过所述第三分光片分成相互垂直传播的样品探测光和太赫兹泵浦光，其中所述样品探测光经过所述第三反射镜反射至位于所述第一预设位置的待测样品，所述太赫兹泵浦光经过所述第四反射镜反射至所述太赫兹发射装置；所述光功率计用于测量透过所述待测样品的样品探测光；

其中，所述第一光阑位于所述第一分光片和第一延时装置对应的光路之间，用于阻断或导通所述泵浦光；所述第二光阑位于所述第二分光片和第二反射镜对应的光路之间，用于阻断或导通所述太赫兹探测光；所述第三光阑位于所述第三分光片和第三反射镜对应的光路之间，用于阻断或导通所述样品探测光；所述第四光阑位于所述第三分光片和第四反射镜对应的光路之间，用于阻断或导通所述太赫兹泵浦光；

其中，在所述太赫兹泵浦光的激励作用下所述太赫兹发射装置发射出太赫兹波，所述太赫兹波经过所述第一太赫兹反射镜、位于所述第一预设位置的待测样品和第二太赫兹反射镜传播至所述太赫兹探测装置；

其中，所述泵浦探测系统还包括：设置在所述光学平台上的第五反射镜、第六反射镜以及第七反射镜，所述第五反射镜和第六反射镜用于将所述太赫兹探测光经过两次反射至所述第二反射镜，所述第二光阑设置所述第五反射镜和第六反射镜对应的光路之间，所述第七反射镜用于将所述激光器发射的激光反射至所述第一分光片上。

2.根据权利要求1所述的泵浦探测系统，其特征在于，所述太赫兹发射装置包括第一聚光镜和太赫兹发射器；所述太赫兹探测装置包括第二聚光镜和太赫兹探测器。

3.根据权利要求2所述的泵浦探测系统，其特征在于，还包括：锁相放大器，所述锁相放大器与所述太赫兹探测器电性连接。

4.根据权利要求3所述的泵浦探测系统，其特征在于，还包括：计算机设备；所述控制设备、光功率计和锁相放大器均与所述计算机设备电性连接。

5.根据权利要求1所述的泵浦探测系统，其特征在于，所述载物装置包括电机平移台；所述电机平移台的载物台可延两个相互垂直的方向移动。

6.根据权利要求1所述的泵浦探测系统，其特征在于，还包括：第一凸透镜和孔径光阑；所述第一凸透镜和孔径光阑设置在所述光学平台上且位于所述第三反射镜和光功率计之间以组成Z扫描装置。

7.根据权利要求1所述的泵浦探测系统，其特征在于，所述激光器为飞秒激光器。

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