CN212007525U - 一种双线阵光谱探测装置及泵浦探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种双线阵光谱探测装置及泵浦探测系统。其中，该双线阵光谱探测装置，包括：第一分束器，用于将原始探测光分成两束光，分别作为目标探测光和参考光；样品，目标探测光与泵浦光照射到样品的同一位置，参考光与泵浦光照射到样品的位置不同；色散模块；双线阵光学探头，经色散模块色散处理后的目标探测光和参考光分别照射至双线阵光学探头的位置不同的两个感光区；处理模块，与双线阵光学探头连接，处理模块用于根据双线阵光学探头探测到的参考光光谱和目标探测光光谱，获取样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱。本实用新型实施例提供的技术方案可以扣除泵浦探测光谱中目标探测光自身的波动，从而提高信噪比。

Description

一种双线阵光谱探测装置及泵浦探测系统

技术领域

本实用新型涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种双线阵光谱探测装置及泵浦探测系统。

背景技术

超快激光光谱学，是应用光谱学的理论和方法探究超短极限时间尺度内物质运动和变化过程的一门学科。瞬态吸收光谱、二维电子光谱等是超快光谱学的典型应用形式。它们的应用非常广泛，被越来越多的科研单位与企业掌握。

在超快激光光谱的测量中，一般采用泵浦探测的方法，一般需要一束或多束泵浦光激发样品，用探测光以外差检测的方法检测信号，使用与激光器同步的光谱仪检测样品被泵浦光激发和未被激发时，透过样品或样品反射的探测光的变化，以获得样品的激发态的动力学信息。

在实际测量时，超快激光光谱信号中会伴随噪声，其最主要来源为探测光的波动。由于脉冲光源出光的光强和方向的波动，光学参量放大时的波动，空气的扰动，光学元件的振动等，探测光中会产生一定的波动，为测量引入噪声。

为了减小噪声，超快激光光谱一般采用相邻脉冲检测的方式。泵浦光的重复频率为探测光重复频率的一半，使用与探测光频率同步的光谱仪依次探测每一个探测光脉冲。由于相邻的两个探测光脉冲之间的波动较小，计算相邻两个脉冲的探测光的变化获得泵浦探测信号再多次平均，可以一定程度上减小因探测光的波动导致的噪声。进一步提升脉冲光源的重复频率和光谱仪的探测速率，采用高重频的脉冲光源和高速的光谱仪，可以在相同的时间内更多次平均，有效减小噪声。

但是，对于探测光波动幅度较大的波段，以上方法发挥的作用仍十分有限。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种双线阵光谱探测装置及泵浦探测系统，通过使用第一分束器将原始探测光分为两束，一束作为目标探测光，检测超快激光光谱信号，另一束作为参考光，反应当前探测光的波动情况，二者均通过样品后被色散处理后，被双线阵光学探头探测，处理模块根据测量的参考光，获取探测光自身的波动造成的噪声，并将其从探测光的泵浦探测信号中扣除，从而能够有效地减小噪声，尤其是对于波动幅度较大的探测光波段效果显著。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种双线阵光谱探测装置，包括：

第一分束器，用于将原始探测光分成两束光，分别作为目标探测光和参考光；

样品，目标探测光与泵浦光照射到样品的同一位置，参考光与泵浦光照射到样品的位置不同；

色散模块，用于同时对照射至样品后透过或反射的目标探测光和参考光分别进行色散；

双线阵光学探头，包括位置不同的第一感光区和第二感光区，经色散模块色散处理后的目标探测光照射至第一感光区，经色散模块色散处理后的参考光照射至第二感光区；

处理模块，与双线阵光学探头连接，处理模块用于根据双线阵光学探头探测到的色散处理后的参考光光谱和目标探测光光谱，获取样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱。

进一步地，第一分束器的分束比为1:1。

进一步地，色散模块包括沿光路设置的入射狭缝、平面镜、第一凹面镜、光栅、第二凹面镜和出光孔。

进一步地，双线阵光学探头包括下述至少一种：电荷耦合器件图像传感器和互补金属氧化物半导体图像传感器。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种泵浦探测系统，包括：泵浦光产生模块和本实用新型任意实施例提供的双线阵光谱探测装置，

双线阵光学探头与泵浦光产生模块电连接，双线阵光学探头用于根据泵浦光产生模块有无产生泵浦光，确定当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱和参考光光谱的类型。

进一步地，泵浦光产生模块包括沿光路设置的泵浦光产生光路、斩波装置和延迟装置；

双线阵光学探头与斩波装置电连接，双线阵光学探头用于根据斩波装置输出的斩波同步信号，确定双线阵光学探头当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱和参考光光谱的类型。

进一步地，该泵浦探测系统还包括：光源、第二分束器和原始探测光产生模块，

第二分束器用于将光源发射的光分成第一原始光束和第二原始光束，第一光束射入泵浦光产生模块，第二原始光束射入原始探测光产生模块，泵浦光产生模块用于将第一原始光束转换成泵浦光；原始探测光产生模块用于将第二原始光束转换成原始探测光。

进一步地，光源为脉冲光源，脉冲光源与双线阵光学探头电连接，双线阵光学探头用于在每接收到一次脉冲光源输出的触发信号时，对当前的色散处理后的目标探测光和参考光进行一次采集，其中，触发信号与脉冲光源发射的光脉冲同步且一一对应。

本实用新型实施例的技术方案中的双线阵光谱探测装置包括：第一分束器，用于将原始探测光分成两束光，分别作为目标探测光和参考光；样品，目标探测光与泵浦光照射到样品的同一位置，参考光与泵浦光照射到样品的位置不同；色散模块，用于同时对照射至样品后透过或反射的目标探测光和参考光分别进行色散；双线阵光学探头，包括位置不同的第一感光区和第二感光区，经色散模块色散处理后的目标探测光照射至第一感光区，经色散模块色散处理后的参考光照射至第二感光区；处理模块，与双线阵光学探头连接，处理模块用于根据双线阵光学探头探测到的色散处理后的参考光光谱和目标探测光光谱，获取样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱，可通过获取参考光在样品有无被泵浦光激发时前后的波动情况，用来表征目标探测光的波动情况，进而扣除目标探测光的泵浦探测信号中目标探测光自身的波动引入的噪声，以减少超快激光光谱测量中探测光波动带来的噪声，有效地提高超快激光光谱的信噪比。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种双线阵光谱探测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种双线阵光学探头的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种泵浦光、原始探测光、目标探测光和参考光的光脉冲随时间产生的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种色散模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种双线阵光学探头电路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种噪声测试图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种噪声测试图；

图8为本实用新型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

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供一种双线阵光谱探测装置。图1为本实用新型实施例提供的一种双线阵光谱探测装置的结构示意图。图2为本实用新型实施例提供的一种双线阵光学探头的结构示意图。结合图1和图2所示，该双线阵光谱探测装置包括：第一分束器560、样品570、色散模块100、双线阵光学探头20和处理模块600。

第一分束器560用于将原始探测光590分成两束光，分别作为目标探测光110和参考光120；目标探测光110与泵浦光580照射到样品570的同一位置，参考光120与泵浦光580照射到样品570的位置不同；色散模块100用于同时对照射至样品570后透过或反射的目标探测光110和参考光120分别进行色散；双线阵光学探头20包括位置不同的第一感光区210和第二感光区220，经色散模块100色散处理后的目标探测光110照射至第一感光区210，经色散模块100色散处理后的参考光120照射至第二感光区220；处理模块600与双线阵光学探头20连接，处理模块600用于根据双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱和目标探测光光谱，获取样品570的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱。

其中，第一分束器560可以是分束片。原始探测光590可为脉冲光。目标探测光110可为脉冲光。色散模块100可以用棱镜色散或光栅色散等。图2为本实用新型实施例提供的一种双线阵光学探头沿图1中AA＇方向的视图。可选的，双线阵光学探头20包括下述至少一种：电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(COMS)图像传感器。处理模块600可以包括下述至少一种：计算机、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)和微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。该泵浦探测光谱可包括：瞬态吸收光谱或二维电子光谱等。

参考光120可为脉冲光。泵浦光580可为脉冲光。泵浦光580的脉冲重复频率可为原始探测光590的脉冲重复频率的一半。目标探测光110的脉冲重复频率等于参考光120的脉冲重复频率，等于原始探测光590的脉冲重复频率。图3为本实用新型实施例提供的一种泵浦光、原始探测光、目标探测光和参考光的光脉冲随时间产生的示意图。其中，P₅₈₀为泵浦光580随时间产生的光脉冲，P₅₉₀为原始探测光590随时间产生的光脉冲，P₁₁₀为目标探测光110随时间产生的光脉冲，P₁₂₀为参考光120随时间产生的光脉冲。在一个重复周期t内，在第一时间段t1内，产生一个泵浦光580的光脉冲，同时产生一个原始探测光590的光脉冲，从而产生一个原始探测光脉冲110和一个参考光脉冲120，在第二时间段t2内，不会产生泵浦光580的光脉冲，但仍然会产生一个原始探测光590的光脉冲，从而产生一个原始探测光脉冲110和一个参考光脉冲120。在第一时间段t1内，即有泵浦光580时，泵浦光580照射在样品570上，样品570将被泵浦光580激发，此时目标探测光110照射在样品570上同一位置，参考光120照射在样品570的另一位置上；在第二时间段t2内，无泵浦光580照射在样品570上，将无泵浦光580激发样品570，此时仍会有目标探测光110照射在样品570上，也会有参考光120照射在样品570的另一位置上。在一般的泵浦探测系统中，通过检测样品570被泵浦光580激发和未被激发时，其透过或反射的目标探测光110的变化，以获得样品570的激发态的动力学信息。故射入色散模块100的第奇数次目标探测光(对应第一时间段t1)和第偶数次目标探测光(对应第二时间段t2)是不同的，相邻两次的目标探测光脉冲中，一个是有泵浦光激发样品时透过样品或样品反射的目标探测光脉冲，另一个是无泵浦光激发样品时透过样品或样品反射的目标探测光脉冲。目标探测光110为具有一定波长范围的复色光，色散处理后，不同波长的光照射在第一感光区的不同的像素位置，即被色散开的单色光按波长大小而依次排列，以实现波长的分辨。参考光120为具有一定波长范围的复色光，色散处理后，不同波长的光照射在第二感光区的不同的像素位置，即被色散开的单色光按波长大小而依次排列，以实现波长的分辨。双线阵光学探头中的图像传感器利用光电效应将光强转换为电信号，得到照射至感光区的各像素位置处的光强强度。

泵浦探测测量的理想条件为样品570被泵浦光580激发时照射在样品570上的目标探测光110和样品570未被激发时照射在样品570上的目标探测光110是相同的，即第一时间段t1的目标探测光110和第二时间段t2照射到样品上的目标探测光110是相同的。但是，在实际情况下由于光源400出光的光强和方向的波动，光学参量放大的波动，空气的扰动，光学平台的振动等，目标探测光110会产生一定的波动，例如光强、方向、光谱等会有微小的变化，即样品570被泵浦光580激发时照射在样品570上的目标探测光110和样品570未被激发时照射在样品570上的目标探测光110是不完全相同的，即第一时间段t1照射到样品上的目标探测光110和第二时间段t2照射到样品上的目标探测光110是不完全相同的，即目标探测光110的存在波动。参考光120没有和泵浦光580汇聚于同一点，故通过参考光120探测不到样品570被泵浦光580激发的变化，由于参考光120和目标探测光110来源于同一光等比例分束，因此参考光120和目标探测光110是近乎相同的两束光，其波动情况也近乎相同。通过获取第一时间段t1的参考光120和第二时间段t2的参考光120的变化量，可用来表征目标探测光110的波动情况，进而扣除目标探测光的泵浦探测光谱中目标探测光自身的波动引入的噪声。

本实施例的技术方案中的双线阵光谱探测装置包括：第一分束器，用于将原始探测光分成两束光，分别作为目标探测光和参考光；样品，目标探测光与泵浦光照射到样品的同一位置，参考光与泵浦光照射到样品的位置不同；色散模块，用于同时对照射至样品后透过或反射的目标探测光和参考光分别进行色散；双线阵光学探头，包括位置不同的第一感光区和第二感光区，经色散模块色散处理后的目标探测光照射至第一感光区，经色散模块色散处理后的参考光照射至第二感光区；处理模块，与双线阵光学探头连接，处理模块用于根据双线阵光学探头探测到的色散处理后的参考光光谱和目标探测光光谱，获取样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱，可通过获取参考光在样品有无被泵浦光激发时前后的波动情况，用来表征目标探测光的波动情况，进而扣除目标探测光的泵浦探测光谱中目标探测光自身的波动引入的噪声，以减少超快激光光谱测量中探测光波动带来的噪声，有效地提高超快激光光谱的信噪比。

可选的，处理模块600用于根据双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱，获取目标探测光的波动值；并根据双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱和目标探测光的波动值，获取样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱。

可选的，处理模块600用于根据有泵浦光580激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱和无泵浦光580激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱的差值，获取目标探测光的波动值；并根据有泵浦光580激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱和无泵浦光580激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱的差值，以及目标探测光的波动值，获取样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱。

可选的，Np＝Nr＝[Tr(P)-Tr(NP)]/Tr(NP)；S＝[Tp(P)-Tp(NP)]/Tp(NP)-Np，其中，目标探测光光谱的波动值为Np，参考光光谱的波动值为Nr，有泵浦光580激发样品570时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱为Tr(P)，无泵浦光580激发样品570时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱为Tr(NP)，有泵浦光580激发样品570时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱Tp(P)，无泵浦光580激发样品570时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱为Tp(NP)，扣除目标探测光波动后的泵浦探测光谱为S。

需要说明的是，第一分束器560的分束比为1:1，目标探测光110和参考光120是近乎相等的两束光，他们的波动大小几乎相等，即Np＝Nr。若第一分束器560的分束比不是1:1，会在目标探测光110和参考光120之间引入差别，扣除探测光噪声的效果会变差。

可选的，在上述实施例的基础上，图4为本实用新型实施例提供的一种色散模块的结构示意图，色散模块100可以为单色仪，色散模块100包括沿光路设置的入射狭缝130、平面镜140、第一凹面镜150、光栅160、第二凹面镜170和出光孔180。

其中，经过样品570后的目标探测光110和参考光120分别汇聚，以不同高度进入入射狭缝130，经平面镜140反射，照射到第一凹面镜150，经第一凹面镜150反射并分别调整为准平行光，入射到光栅160上，经光栅衍射和反射后，入射到第二凹面镜170，经第二凹面镜170汇聚成像于出光孔180处。此时目标探测光110和参考光120的高度正好互换。由于光栅的衍射作用，不同波长的光色散后依照波长大小排列成像在空间上不同的位置。

可选的，在上述实施例的基础上，结合图1、图2和图4所示，双线阵光学探头20可包括图像传感器模块200和控制模块300，其中，图像传感器模块200固定在控制模块300上，并位于保护壳230的内部。该保护壳230固定在色散模块100的出光孔180位置，并在图像传感器模块200与出光孔180相对的表面上设置有开孔，图像传感器模块200的第一感光区210和第二感光区220，正好布局在探测光110和参考光120成像的位置。

可选的，在上述实施例的基础上，图5为本实用新型实施例提供的一种双线阵光学探头电路示意图。控制模块300包括：控制器310、双通道电压运算电路320、第一模数转换器330和第二模数转换器340。图像传感器模块200可包括第一图像传感器单元211和第二图像传感器单元221，第一图像传感器单元211设置有第一感光区210，第二图像传感器单元221设置有第二感光区220。其中，控制器310与图像传感器模块200的第一图像传感器单元211和第二图像传感器单元221电连接，双通道电压运算电路320的两个通道的输入端分别与第一图像传感器单元211和第二图像传感器单元221的输出端电连接。双通道电压运算电路320的两个输出端分别与第一模数转换器330和第二模数转换器340的输入端电连接，第一模数转换器330和第二模数转换器340分别与控制器310电连接。由于超快激光光谱等尖端的光学测量对探测光谱的精度和信噪比具有极高的要求，在本实施例中，搭建了高速低噪声双通道电压运算电路和高速高精度低噪声的模数转换器，保证了光谱测量的速度、精度和信噪比。

可选的，控制器310可以为现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。通过运行自主编写的程序，可以实现双线阵光谱探测的功能。控制器310通过千兆网线与处理模块600连接，采用用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)，接收处理模块600的光谱探测指令和向处理模块600发送光谱数据。

图6为本实用新型实施例提供的一种噪声测试图。图6可为采用图1的双线阵光谱探测装置测试且未放置样品时的测试结果。未放置样品的泵浦探测结果可以表征探测装置的噪声大小，谱线的波动越小，代表测量的信噪比越高。如图6所示，横坐标为光谱所处的像素位置，纵坐标为泵浦探测的噪声大小。图6中上面两条谱线分别展示了探测光、参考光的泵浦探测噪声。最下面一条谱线展示了在扣除参考光波动后的探测光的泵浦探测噪声。可以看出，参考光与探测光的波动较大，但波动形状几乎一致，故利用参考光测得的参考光的波动等于探测光的波动，故探测光的泵浦探测信号在扣除参考光的波动后，能大大减小探测光波动带来的噪声，得到超高信噪比的测量结果。

图7为本实用新型实施例提供的又一种噪声测试图。图7为对图6的同一像素进行多次测试的结果，横轴为测量的次数，纵轴为泵浦探测的噪声大小。单线阵为对图6中上图(探测光波动)某一像素进行多次测试的结果，此时没有扣除探测光的波动。双线阵为对图6中下图(探测光-参考光波动)同一像素进行多次测试的结果。可以看出，双线阵测试的噪声明显小于单线阵测试的噪声。以上结果表明，本实用新型提供的双线阵光谱探测装置，使用参考光扣除探测光的波动，能够减少超快激光光谱测量中探测光波动带来的噪声，有效地提高超快激光光谱测量的信噪比。需注意的是，在二维电子光谱等其他泵浦探测测试中，也得到了一致的测试结果。

本实用新型实施例提供一种泵浦探测系统。图8为本实用新型实施例提供的一种泵浦探测系统的结构示意图。该泵浦探测系统1包括：本实用新型任意实施例提供的双线阵光谱探测装置。

本实用新型实施例提供的泵浦探测系统包括上述实施例中的双线阵光谱探测装置，因此本实用新型实施例提供的泵浦探测系统也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图8，该泵浦探测系统还包括：泵浦光产生模块10。双线阵光学探头20与泵浦光产生模块10电连接，双线阵光学探头20用于根据泵浦光产生模块10有无产生泵浦光，确定当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱和参考光光谱的类型，其中，双线阵光学探头20当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱的类型包括，有泵浦光激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱和无泵浦光激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的目标探测光光谱，双线阵光学探头20当前探测到的色散处理后的参考光光谱的类型包括有泵浦光激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱和无泵浦光激发样品时双线阵光学探头20探测到的色散处理后的参考光光谱。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图8，泵浦光产生模块10包括沿光路设置的泵浦光产生光路530、斩波装置510和延迟装置550。双线阵光学探头20与斩波装置510电连接，双线阵光学探头20用于根据斩波装置510输出的斩波同步信号，确定双线阵光学探头20当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱和参考光光谱的类型。

其中，泵浦光产生光路530可包括第一光学参量放大光路。第一光学参量放大光路可用于将射入泵浦光产生模块10的第一原始光束的光参量放大，转换为泵浦光580。泵浦光被斩波装置分频为原始探测光的重复频率的一半，使得有泵浦光激发样品的目标探测光和无泵浦光激发样品的目标探测光交替快速出现。斩波装置510可以是光学斩波装置，例如可以是光学斩波器、电光调制斩波装置、声光调制斩波装置等。光学斩波器可用于对泵浦光进行循环交替遮光和通过处理，以使泵浦光580的重复频率减半。延迟装置550用于改变泵浦光和原始探测光590的相对时间延迟。

为了区分有泵浦光激发和无泵浦光激发的探测光谱，双线阵光学探头20需要同步接收来自斩波装置的斩波同步信号，从而将光谱分类。若斩波装置在对第奇数次或第偶数次的泵浦光脉冲进行遮光处理的同时，输出斩波同步信号，双线阵光学探头20在接收到斩波同步信号的同时，可采集到无泵浦光激发样品时的目标探测光光谱和参考光光谱；若斩波装置在不对泵浦光脉冲进行遮光处理时，不输出斩波同步信号，双线阵光学探头20在接收不到斩波同步信号时，可采集到有泵浦光激发样品时的目标探测光光谱和参考光光谱，从而将光谱分类。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图8，该泵浦探测系统还包括：光源400、第二分束器520和原始探测光产生模块30。第二分束器520用于将光源400发射的光分成第一原始光束和第二原始光束，第一原始光束射入泵浦光产生模块10，第二原始光束射入原始探测光产生模块30，泵浦光产生模块10用于将第一原始光束转换成泵浦光580；原始探测光产生模块30用于将第二原始光束转换成原始探测光590。

其中，第二分束器520可以是分束片。原始探测光产生模块30可包括第二光学参量放大光路。第二光学参量放大光路可用于将第二原始光束进行光参量放大，得到原始探测光590。需要说明的是，泵浦光和探测光的产生方式不唯一，也可以来源于同一光源或不同光源，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图8，光源400为脉冲光源，脉冲光源与双线阵光学探头20电连接，双线阵光学探头20用于在每接收到一次脉冲光源输出的触发信号时，对当前的色散处理后的目标探测光110和参考光120进行一次采集，其中，触发信号与脉冲光源发射的光脉冲同步且一一对应。

其中，光源400每发射一个光脉冲的同时，向双线阵光学探头20发送一个触发信号，以使双线阵光学探头20对当前的光脉冲进行采集，使得双线阵光学探头与光源400的触发信号同步，即每次收到光源400的触发信号(与光脉冲同步发出)时读取光谱。可选的，双线阵光学探头20可依次通过光耦隔离芯片和卡扣配合型连接器(Bayonet Nut Connector，BNC)与光源400连接。其中，斩波装置510可与光源400电连接。可选的，斩波装置510用于根据接收到的光源输出的触发信号，对泵浦光中所有第奇数次的光脉冲进行遮光处理，让所有第偶数次光通过。经斩波装置510处理后的泵浦光的脉冲重复频率为经斩波装置510处理前的泵浦光的脉冲重复频率的一半。可选的，斩波装置510用于根据接收到脉冲光源输出的触发信号，泵浦光中所有第偶数次的泵浦光脉冲进行遮光处理，让所有第奇数次光通过。其中，斩波装置510可通过卡扣配合型连接器和光耦隔离芯片与双线阵光学探头20连接。

其中，双线阵光学探头20中的控制器310可通过光耦芯片、BNC接口，分别与脉冲激光器和光学斩波器连接，从而接收来自脉冲激光器的外触发信号和来自光学斩波器的斩波同步信号。即在外触发模式下，每次接收到脉冲激光器的触发信号时读取光谱；接收来自光学斩波器的判断信号，区分有泵浦光和没有泵浦光激发的探测光谱。光耦芯片的运用能够有效减少外电路的信号对内电路光谱探测的干扰。控制器310在接收到处理模块600(可以是计算机)指令后，有两种工作模式。一种为内触发模式，控制器在接收到计算机的指令后，得到积分时间，立刻向图像传感器模块发送探测指令。一种为外触发模式，控制器可在接到计算机的指令后，得到探测光谱数，等待来自脉冲激光器的外触发信号，每次在收到外触发信号后对图像传感器模块200发送探测指令，直至到达计算机指令要求的探测数量。第一图像传感器单元210和第二图像传感器单元220在接收到来自控制器310探测指令后，对当前照射到各自感光区域的光谱同时进行一次探测，利用光电效应将光强转换为电信号，并分别输出至双通道电压运算电路320。双通道电压运算电路320将第一图像传感器单元211和第二图像传感器单元221输出的电压信号进行电压运算，以匹配模数转换器的工作范围。双通道电压运算电路320的信号分别输出至第一模数转换器330和第二模数转换器340，在控制器310的指令控制下，两个模数转换器同时将运算后的两路电信号转换为数字形式的光谱数据，并缓存至控制器310。控制器310还可根据来自光学斩波器的斩波同步信号，在探测到的光谱数据的第一位以0/65535区分有泵浦光和没有泵浦光激发样品时的光谱数据，将该数据通过千兆网线以UDP协议发送给计算机，完成光谱探测过程。

可选的，使用者可通过计算机中的软件，实现与双线阵光学探头交互，该软件基于Labview自主编写。计算机通过千兆网线与控制模块300连接，以用户数据报(UserDatagram Protocol，UDP)协议实现光谱探测指令发送和光谱数据传输。软件交互界面的探测参数和显示功能包括：外触发/积分(内触发)模式、高/低灵敏度模式、光谱数/积分时间、光谱数据中扣除的基底值、斩波同步数值、光谱数据、光谱数据的波形图等。用户可通过该交互界面设置所需的探测参数。其中，外触发模式即为接收激光器的触发信号，与脉冲激光器同步读取光谱；积分(内触发)模式即独立设定积分时间读取光谱；高/低灵敏度可控制图像传感器对光响应的灵敏度；光谱数为外触发模式下为一次读取的光谱数，积分时间为积分(内触发)模式下为积分时间，斩波同步数值为区分有泵浦光激发样品和无泵浦光激发样品的光谱的值，如用0代表有泵浦光激发样品时的光谱，65535代表无泵浦光激发样品时的光谱。用户可在该交互界面将探测参数发送至控制模块300，以控制双线阵光谱探测装置的工作方式；该界面也可显示双线阵光谱探测装置探测的目标探测光和参考光波形图；计算扣除目标探测光波动后的泵浦探测光谱等。

本实用新型实施例提供的一种双线阵光谱探测装置的外触发模式的工作流程：用户在计算机Labview程序中输入双线阵光谱探测装置的探测参数；计算机通过网线向双线阵光学探头中的控制模块发送与探测参数对应的光谱探测指令；控制模块接收来自计算机的光谱探测指令；在控制模块内部进行计算机指令的读取与寄存；控制模块等待接收到来自脉冲激光器的触发信号，控制模块向图像传感器模块发送指令；第一图像传感器单元和第二图像传感器单元同时接收到来自控制模块的指令，同时将经色散模块色散后照射到各自表面的探测光和参考光转换为电压信号；两路电压信号经双通道电压运算电路进行电压转换，转换后电压分别输入到第一模数转换器和第二模数转换器；第一模数转换器和第二模数转换器在控制器的控制下，同时将两路电压信号转换为数字信号，得到即参考光和探测光的光谱数据，接着根据光学斩波器的斩波同步信号将光谱数据进一步分为有泵浦光激发样品时和无泵浦光激发样品时的光谱数据；控制器内部将该数据封装为以太网帧UDP协议通过网线将数据发送给计算机；若计算机指令要求读多个光谱，则重复上述过程；光谱全部读取完成后，控制器进入待机模式；计算机中Labview程序通过网线接收光谱数据，读取光谱，显示波形、计算扣除目标探测光波动后的泵浦探测光谱等后续过程；全部光谱探测完成后，双线阵光谱探测装置关机。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种双线阵光谱探测装置，其特征在于，包括：

第一分束器，用于将原始探测光分成两束光，分别作为目标探测光和参考光；

样品，所述目标探测光与泵浦光照射到所述样品的同一位置，所述参考光与所述泵浦光照射到所述样品的位置不同；

色散模块，用于同时对照射至所述样品后透过或反射的目标探测光和参考光分别进行色散；

双线阵光学探头，包括位置不同的第一感光区和第二感光区，经所述色散模块色散处理后的目标探测光照射至所述第一感光区，经所述色散模块色散处理后的参考光照射至第二感光区；

处理模块，与所述双线阵光学探头连接，所述处理模块用于根据所述双线阵光学探头探测到的色散处理后的参考光光谱和目标探测光光谱，获取所述样品的扣除探测光波动后的泵浦探测光谱。

2.根据权利要求1所述的双线阵光谱探测装置，其特征在于，所述第一分束器的分束比为1:1。

3.根据权利要求1所述的双线阵光谱探测装置，其特征在于，所述色散模块包括沿光路设置的入射狭缝、平面镜、第一凹面镜、光栅、第二凹面镜和出光孔。

4.根据权利要求1所述的双线阵光谱探测装置，其特征在于，所述双线阵光学探头包括下述至少一种：电荷耦合器件图像传感器和互补金属氧化物半导体图像传感器。

5.一种泵浦探测系统，其特征在于，包括：泵浦光产生模块和如权利要求1-4任一所述的双线阵光谱探测装置，

所述双线阵光学探头与所述泵浦光产生模块电连接，所述双线阵光学探头用于根据所述泵浦光产生模块有无产生泵浦光，确定当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱和参考光光谱的类型。

6.根据权利要求5所述的泵浦探测系统，其特征在于，所述泵浦光产生模块包括沿光路设置的泵浦光产生光路、斩波装置和延迟装置；

所述双线阵光学探头与所述斩波装置电连接，所述双线阵光学探头用于根据所述斩波装置输出的斩波同步信号，确定所述双线阵光学探头当前探测到的色散处理后的目标探测光光谱和参考光光谱的类型。

7.根据权利要求5所述的泵浦探测系统，其特征在于，还包括：光源、第二分束器和原始探测光产生模块，

所述第二分束器用于将所述光源发射的光分成第一原始光束和第二原始光束，所述第一原始光束射入所述泵浦光产生模块，所述第二原始光束射入所述原始探测光产生模块，所述泵浦光产生模块用于将所述第一原始光束转换成泵浦光；所述原始探测光产生模块用于将所述第二原始光束转换成原始探测光。

8.根据权利要求7所述的泵浦探测系统，其特征在于，所述光源为脉冲光源，所述脉冲光源与所述双线阵光学探头电连接，所述双线阵光学探头用于在每接收到一次所述脉冲光源输出的触发信号时，对当前的色散处理后的目标探测光和参考光进行一次采集，其中，所述触发信号与所述脉冲光源发射的光脉冲同步且一一对应。

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