CN1587929A - 时间分辨光谱的测量方法及测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种时间上并行的测量时间分辨光谱的新方法和新测量装置。光信号经过单色仪分光、由光电倍增管转换为电信号后，用数字存储示波器可方便的记录这一波长上的衰减曲线I(λj，t)。依次记录不同波长下的衰减曲线后，将这些数据进行处理，取出同一衰减时刻下不同波长下的发光强度，即得到时间分辨光谱。本发明这种方法的特点是在时间上测量并行进行，因此方便快捷，大大缩短测量时间，提高测量效率，而且由于数字示波器是较通用的实验室设备，因此可能充分利用已有设备进行测量，有利于降低成本。

Description

时间分辨光谱的测量方法及测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量光谱的方法，具体地，涉及一种测量时间分辨光谱的方法，同时，本发明还涉及测量时间分辨光谱的测量装置。
背景技术
发光材料在短脉冲激发后的发光强度是波长和时间的函数，测量瞬态过程实际上就是测量作为波长和时间的二元函数发光强度I(λ，t)。了解和研究这种瞬态过程可以通过测量固定波长λi的发光强度随时间的变化I(λi，t)或测量固定延迟时间tj的光谱I(λ，tj)来达到。I(λi，t)称为衰减曲线，I(λ，tj)称为时间分辨光谱。
材料中元激发的产生、运动和相互作用引起了种种物理过程，例如辐射跃迁、无辐射跃迁、激发的传递和输运，这些过程相应地反映在激发态的能量分布及其衰减的动力学过程中。时间分辨光谱是研究这些问题、进而认识材料中的物理过程，探索新材料的重要实验方法。时间分辨光谱是研究各种光电功能材料激发态过程的一项基本技术，在该领域的科学研究中是必不可少的。
为了得到这个二元函数的具体形式，可以采用不同的测量方法。目前，普遍采用的有两种测量技术：
一是Boxcar即取样积分技术，脉冲光激发后的发光信号由光电倍增管接收后，经过一个电子开关，这个开关开通的时刻(激发后tj)以及开通的持续时间(tp)可控。这样，发光信号中只有tj时刻的那部分能够通过开关进入积分器进行平均。如果固定延迟时间tj，而光谱仪扫描，就可以得到光谱I(λ，tj)，即激发后tj时刻的时间分辨光谱。由于这种方法在时间上和频率上均串行进行，每次激发后的发光I(λ，t)中，仅有tj附近tp内以及光谱仪波长位置和分辨率所决定的光谱范围内的信号被利用，因此信号利用率低，测量所需时间较长。
另一种是用阵列探测器，如CCD探测器、微通道板(MCP)等，这是一种在波长上并行的方法，经过光谱仪色散后，不同波长的光信号进入探测器的不同像元。探测器可以探测对事件的积分光谱，也可以用取样的方法，测量激发后的某时刻所有波长的光强，得到时间分辨光谱。由于测量在波长上是并行的，因此信号利用率大大提高。CCD的灵敏度和响应时间都低于光电倍增管，一般只用于测量对时间积分的光谱。而微通道板虽然原则上能够在单脉冲激发下获得发光强度在波长和时间两个方向上的分布，但由于系统成本昂贵，使用很不普遍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的信号利用率低、测量所需时间较长。提出一种时间上并行的测量时间分辨光谱的测量方法及测量装置。
一种时间分辨光谱的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)用单色仪对光信号进行选频，得到预定波长范围内特定波长下的衰减光信号；
(2)用光电倍增管将该光信号转换成电信号；
(3)用数字存储示波器记录下该电信号，得到该特定波长下的衰减曲线；
(4)控制改变单色仪的输出波长，经由上述步骤(1)至(3)得到其它波长下的衰减曲线；
重复步骤上述(1)至(4)，直至得到所述预定波长范围内所有波长的衰减曲线，然后进行数据变换，取出同一衰减时刻下各个波长的发光强度，得到时间分辨光谱。
时间分辨光谱的测量方法，还包括用脉冲光源或脉冲电源的短脉冲激发样品而得到所述光信号。
时间分辨光谱的测量方法，所述的控制是利用计算机来进行。
时间分辨光谱的测量方法，所述数据变换是利用计算机来进行。
时间分辨光谱的测量装置，该装置包括：单色仪，光电倍增管以及数字示波器，光信号经单色仪选频后进入光电倍增管而转换成电信号，该电信号再由数字示波器进行记录。
该装置还包括脉冲源，可以是脉冲电源或脉冲光源，用于对样品进行短脉冲激发获得光信号。
该装置还包括计算机，用于对单色仪进行波长控制。
该装置还包括计算机，用于进行数据变换。
本发明的有益效果是，由于时间上测量并行进行，因此较Boxcar技术方便快捷，大大缩短测量时间，提高测量效率；比阵列探测器成本低，由于数字示波器是较通用的实验室设备，可能充分利用已有设备进行测量。
附图说明
图1时间分辨光谱的测量装置方框图。
图中：粗实线代表光信号，细实线代表电信号，虚线代表光或电激发信号。
图2在掺铒ZBLAN玻璃样品中测量得到的一系列波长下的衰减曲线。
图3对图2中衰减曲线进行数据变换，取出同一衰减时刻下，各个波长的发光强度，绘制成图，得到时间分辨光谱图。
具体实施方式
如具体实施方框图图1所示，在Nd:YAG三倍频355nm波长脉冲光源短脉冲δ(t)激发下，掺铒ZBLAN玻璃样品的发光光谱快速变化和衰减，该发光经过单色仪选频后，得到某特定波长下的衰减光信号I(λi，t)，再经过光电倍增管转变为电衰减信号F(λi，t)，最后被数字示波器记录，这样就得到该波长下的衰减曲线F(λi，t)。当这个衰减曲线数据被传输到计算机后，计算机控制改变单色仪输出波长，然后系统进行新的衰减曲线测量。图2在掺铒ZBLAN玻璃样品中测量得到的一系列波长下的衰减曲线。由计算机对这些衰减曲线进行数据变换，取出某同一衰减时刻下，各个波长的发光强度，绘制成图，即得到时间分辨光谱图，如图3。

Claims (8)

1.一种时间分辨光谱的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)用单色仪对光信号进行选频，得到预定波长范围内特定波长下的衰减光信号；
(2)用光电倍增管将该光信号转换成电信号；
(3)用数字存储示波器记录下该电信号，得到该特定波长下的衰减曲线；
(4)控制改变单色仪的输出波长，经由上述步骤(1)至(3)得到其它波长下的衰减曲线；
重复步骤上述(1)至(4)，直至得到所述预定波长范围内所有波长的衰减曲线，然后进行数据变换，取出同一衰减时刻下各个波长的发光强度，得到时间分辨光谱。
2.如权利要求1所述的时间分辨光谱的测量方法，其特征在于还包括用脉冲光源或脉冲电源的短脉冲激发样品而得到所述光信号。
3.如权利要求1或2所述的时间分辨光谱的测量方法，其特征在于所述控制利用计算机来进行。
4.如权利要求1、2或3所述的时间分辨光谱的测量方法，其特征在于所述数据变换利用计算机来进行。
5.一种时间分辨光谱的测量装置，其特征在于包括：单色仪，光电倍增管以及数字示波器，光信号经单色仪选频后进入光电倍增管而转换成电信号，该电信号再由数字示波器进行记录。
6.如权利要求5所述的时间分辨光谱测量装置，其特征在于还包括脉冲源，用于对样品进行短脉冲激发获得光信号。
7.如权利要求5或6所述的时间分辨光谱测量装置，其特征在于还包括计算机，用于对单色仪进行波长控制。
8.如权利要求5、6或7所述的时间分辨光谱测量装置，其特征在于还包括计算机，用于进行数据变换。
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