CN1313815C - 高分辨率窄线宽长时效探测装置 - Google Patents

Abstract

一种高分辨率窄线宽长时效探测装置，该装置由激光光源、第一分光元件、斩波器、锁定放大器、第二分光元件、四个反射元件、两个接收装置、信号处理器、偏振元件和小孔光阑构成，本发明装置是利用激光分光使样品实现饱和吸收提高窄线探测能力，另一束探测光与经样品的泵浦光进行自相关以提高探测效率。本发明装置具有窄线宽、高分辨率和长时效的特点。

Description

高分辨率窄线宽长时效探测装置

技术领域：

本发明是一种高分辨率窄线宽长时效探测装置。主要用来探测微观尺度的物质和结构，以实现微观物质动力学研究。

背景技术：

已有技术中法国莱茵哈特.黑勒在“用优化外差法探测高分辨弥散波光谱”(High-resolution diffusing-wave spectroscopy usingtimizedheterodyne detection)[J.Opt.Soc.Am.A Vol.20，No.11，p2179(2003)]一文中阐述了弱光强自相关仪测量弥散波光谱的理论和实验，并预测可以用到多次散射无序系统中长时效动力学研究中。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高分辨率窄线宽长时效探测装置，该装置应具有同时获得窄线和高效率探测的特点。

本发明的技术构思是：利用激光分光使样品实现饱和吸收提高窄线探测能力，另一束探测光与经样品的泵浦光进行自相关以提高探测效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特点是：该装置的构成包括一激光光源，在该激光光源的激光的前进方向有第一分光元件和第二分光元件，一斩波器位于第一分光元件和第二分光元件之间，一锁定放大器的一端与该斩波器相连，另一端与信号处理器的输出端相连；

在第二分光元件的透射光方向设第一反射元件，在第一分光元件的反射的第一探测光束I1方向设第四反射元件，样品置于第一反射元件反射的泵浦光束I0和第四反射元件反射的第一探测光束I1的交叉处，所述的第一反射元件和第四反射元件的设置洽可使泵浦光束I0和第一探测光束I1在样品中成小角度地相向而行，第三反射元件置于第二分光元件的反射的第二探测光I2方向，第二反射元件置于第一反射元件反射的泵浦光束I0光经样品的输出方向，经第二反射元件反射的泵浦光束I0和经第三反射元件的反射的第二探测光束I2会合到偏振元件，经小孔光阑进入第二接收装置；在样品的探测光束I1输出端设第一接收装置，该第一接收装置的输出端与信号处理器的输入端相连。

所述的激光光源是激光二极管、半导体激光器、或光纤激光器。

所述的第一分光元件和第二分光元件是二向色片。

所述的的斩波器是一带有叶片的风扇。

所述的锁定放大器(4)是双相正交锁定放大器。

所述的第一、第二、第三、第四反射元件是平面反射镜。

所述的第一合第二接收装置为CCD二极管列阵探测器、光电二极管、光电倍增管、多通道板、示波器或计算机。

所述的样品可是固体直接制成的样品、或是玻璃器皿做成的容器盛放液体和气体样品。

所述的信号处理器为计算机、或示波器。

本发明的高分辨率窄线宽长时效探测装置的优点：

1、高探测效率；

2、跟踪微观动力学行为；

3、可测样品种类多，即可以是固体样品、液体样品或气体样品。

附图说明：

图1是本发明高分辨率窄线宽长时效探测装置最佳实施例的光路结构示意图。

图中：

1-激光光源  2-第一分光元件  3-斩波器  4-锁定放大器  5-第二分光元件  6-第一反射元件  7-信号处理器  8-第一接收装置  9-样品  10-第二反射元件  11-偏振元件12-光阑小孔  13-第二接收装置  14-第三反射元件  15-第四反射元件

具体实施方式：

先请参阅图1，图1是本发明高分辨率窄线宽长时效探测装置最佳实施例的光路结构示意图，由图可见，本发明高分辨率窄线宽长时效探测装置的构成包括一激光光源1，在该激光光源1的激光的前进方向有第一分光元件2和第二分光元件5，一斩波器3位于第一分光元件2和第二分光元件5之间，一锁定放大器4的一端与该斩波器3相连，另一端与信号处理器7的输出端相连，在第二分光元件5的透射光方向设第一反射元件6，在第一分光元件2的反射的第一探测光束I1方向设第四反射元件15，样品9置于第一反射元件6反射的泵浦光束I0和第四反射元件15反射的第一探测光束I1的交叉处，所述的第一反射元件6和第四反射元件15的设置洽可使泵浦光束I0和第一探测光束I1在样品9中成小角度地相向而行，第三反射元件14置于第二分光元件5的反射的第二探测光I2方向，第二反射元件10置于第一反射元件6反射的泵浦光束I0光经样品9的输出方向，经第二反射元件10反射的泵浦光束I0和经第三反射元件14的反射的第二探测光束I2会合到偏振元件11，经小孔光阑12进入第二接收装置13；在样品9的探测光束I1输出端设第一接收装置8，该第一接收装置8的输出端与信号处理器7的输入端相连。

所说的激光光源1是激光二极管、半导体激光器、光纤激光器。

所说的偏振元件11为尼克耳棱镜，或偏振片，或渥拉斯顿棱镜。

所说的第一分光元件2和第二分光元件5是二向色片。

所说的斩波器3是旋转扇叶片构成的。

所说的锁定放大器4是由相关器、同步积分器、旋转电容滤波器构成的。

所说的反射元件是由平面反射镜、或凹面反射镜构成的。

所说的样品9是固体直接制成的样品、或是玻璃器皿做成的容器盛放液体和气体样品。

所说的第一接收装置8和第二接收装置13是CCD二极管列阵探测器，或者是光电二极管，或者是光电倍增管，或者是多通道板，或是示波器，或者是计算机。

所说的信号处理器7是光电转换器构成的。

本发明的高分辨率窄线宽长时效探测装置工作过程是：

激光光源1发射的激光入射到第一分光元件2上，从第一分光元件2出射的一束强光经斩波器3调制后射第二向分光元件5，经第二分光元件5分出的较强的泵浦光束I0经第一反射元件6的反射光照射到样品9，从第一分光元件2出射的另一束较弱的第一探测光I1经第四反射元件15反射后射向样品9之后进入第一接收装置8；使泵浦光束I0经过斩波器3和锁定放大器4调制后，再令两束光以几乎完全相反的方向通过样品9。由于泵浦光束足够强，它们与样品9的原子作用后，吸收了光量子的原子被泵浦至激发态。当其吸收能力达到饱和以后，就暂时不能再吸收相同的辐射光量子。在这种情况下，较弱的探测光束I1就可以不被吸收地通过样品9，到达接收器8。必须使两束光与同一群原子发生作用，即只有那些沿轴向速度为零的原子，才能对两束相向而行的原子不贡献多普勒频移。由于泵浦光束I0预先经过了调制，在调制激光波长时，通过锁定放大器4预先接收到相应的光谱，这样就事先把饱和吸收光谱中那些对多普勒频移无贡献的原子挑选了出来，使泵浦光束I0仅对这些原子发生作用，实现窄线宽测量。经第二分光元件5分出的第二探测光束I2经第三反射元件14与从样品9出射的经第二反射元件10反射后的强光I0到偏振元件11会合，经光阑小孔12后被第二接收装置13接收，第二接收装置13获得的信号是测量的空间尺寸。

在图1所示的装置中，激光光源1是用固体激光器作光源，同时输出波长在1064nm，输出功率100mW。小孔光阑12与样品9的距离为0.9m，样品9为钠金属芯片，测得线宽为50MHz。

Claims (7)

1、一种高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于该装置的构成包括一激光光源(1)，在该激光光源(1)的激光的前进方向有第一分光元件(2)和第二分光元件(5)，一斩波器(3)位于第一分光元件(2)和第二分光元件(5)之间，一锁定放大器(4)的一端与该斩波器(3)相连，另一端与信号处理器(7)的输出端相连，在第二分光元件(5)的透射光方向设第一反射元件(6)，在第一分光元件(2)的反射的第一探测光束I1方向设第四反射元件(15)，样品(9)置于第一反射元件(6)反射的泵浦光束I0和第四反射元件(15)反射的第一探测光束I1的交叉处，所述的第一反射元件(6)和第四反射元件(15)的设置恰可使泵浦光束I0和第一探测光束I1在样品(9)中成小角度地相向而行，第三反射元件(14)置于第二分光元件(5)的反射的第二探测光束I2方向，第二反射元件(10)置于第一反射元件(6)反射的泵浦光束I0光经样品(9)的输出方向，经第二反射元件(10)反射的泵浦光束I0和经第三反射元件(14)的反射的第二探测光束I2会合到偏振元件(11)，经小孔光阑(12)进入第二接收装置(13)；在样品(9)的第一探测光束I1输出端设第一接收装置(8)，该第一接收装置(8)的输出端与信号处理器(7)的输入端相连。

2、根据权利要求1所述的高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于所述的激光光源(1)是激光二极管、半导体激光器或光纤激光器。

3、根据权利要求1所述的高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于所述的第一分光元件(2)和第二分光元件(5)是二向色片。

4、根据权利要求1所述的高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于所述的的斩波器(3)是一带有叶片的风扇。

5、根据权利要求1所述的高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于所述的锁定放大器(4)是双相正交锁定放大器。

6根据权利要求1所述的高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于所述的第一、第二、第三、第四反射元件是平面反射镜。

7、根据权利要求1所述的高分辨率窄线宽长时效探测装置，其特征在于所述的第一接收装置(8)和第二接收装置(13)为CCD二极管列阵探测器、光电二极管、光电倍增管、多通道板、示波器或计算机。

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