一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪制造技术

本发明专利技术提供了一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪，包括：激光光源与光束分束片；样品激发光产生部分，用于激光光源输出基频光的频率变换；样品激发光的聚焦装置以及样品固定的样品池；样品荧光的收集和会聚系统；荧光光参量放大所需泵浦光的产生部分；光参量晶体，用于泵浦光与荧光发生非共线光参量过程；时间分辨荧光光谱数据采集系统；光程延迟系统，用于改变光参量泵浦光与样品激发光的时间延迟；数据采集系统为基于多通道锁相放大器的数据采集系统。本发明专利技术能够实现单次测量获得无超荧光背景干扰的时间分辨荧光光谱。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪
本专利技术属于飞秒时间分辨荧光光谱测量
，具体地说本专利技术涉及一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪。
技术介绍
时间分辨荧光光谱技术是光物理、光化学、生物等领域内一种重要技术手段，用于获取体系内的激发态寿命、能量或电子转移，以及结构变化等信息。目前实现飞秒时间分辨荧光光谱测量的方法包括荧光上转换技术、光克尔门技术以及飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术。相对于前两者，飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术具有高增益、宽增益带宽、低探测极限的优势。 图1示出了一种典型的基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪系统。如图1所示，掺钛蓝宝石再生放大器101的基频输出，经过分束片102后分为两束。其中一束光经过样品激发光产生部分103进行频率变换，再经第一聚焦透镜104会聚后激发品105产生待测量的荧光。待测量的荧光经过荧光收集和会聚系统106后会聚至光参量晶体110。另一束光，经过光延迟系统107后，再经倍频晶体108产生基频光的2倍频作为光参量过程的泵浦光。泵浦光作为光脉冲门，经过第二聚焦透镜109后对与其同时到达光参量晶体110的且满足相位匹配条件的荧光光子进行能量放大。通过调节光延迟系统107改变泵浦光到达光参量晶体110的时间延迟，实现对不同时刻辐射的荧光光子进行能量放大，从而得到荧光动力学信息。数据采集系统111是基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪的重要组成部分。通常情况下可以选择(XD(charge couple device)光谱仪作为基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪的数据采集系统111。文献:X.F.Han, X.H.Chen, Y.X.Weng and J.Y.Zhang.Ultrasensitive femtosecond time-resolved fluorescencespectroscopy for relaxat1n processes by using parametric amplificat1n, J.0pt.Soc.Am.B, 24，1633，2007提到，泵浦光通过光参量过程对待测荧光光子进行能量放大的同时，还对真空量子噪声进行能量放大并形成明亮的超荧光环。因此，在飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术中能量放大的荧光光子或者称为时间分辨的荧光光子迭加在超荧光背景上，即时间分辨的荧光光子和与其重合的部分超荧光背景两者在时间上和空间上都是不能区分的。超荧光在可见光到近红外波段范围内都有能量分布，且相对于时间分辨荧光光子，超荧光的强度更大，能量波动也非常明显。因此在利用基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪采集时间分辨荧光光谱信息时，需要考虑超荧光背景的扣除。CCD光谱仪会记录所有入射到CCD上的时间分辨荧光光子、稳态荧光光子以及超荧光光子的强度信息，因此利用CCD光谱仪作为基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪的数据采集系统时，时间分辨荧光光谱采集需要分三步完成。第一步，测量时间分辨的荧光光子、稳态的荧光光子与超荧光背景三者强度迭加的光谱。第二步，阻挡光参量放大泵浦光，得到稳态荧光光谱。第三步，对样品激发光进行阻挡，得到超荧光背景光谱。利用第一步得到的光谱强度减去第二步、第三步得到光谱强度，从而得到时间分辨的荧光光谱。CCD光谱仪作为基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪的数据采集系统存在如下两方面的缺陷。第一，上述分步测量获得时间分辨荧光光谱的前提条件是超荧光的光谱形状是稳定的，且超荧光的光谱形状不受荧光光子能量放大的影响。但是相邻光参量泵浦光脉冲间超荧光光谱的形状存在差异，且只有当荧光光子能量放大满足小信号近似时荧光光子的能量放大才不会引起超荧光光谱形状的改变。第二，单独记录的超荧光光谱强度与存在荧光光子能量放大时记录的超荧光光谱强度存在差异。因此，上述分步测量的方法不能准确地扣除超荧光背景对时间分辨突光光谱的干扰。 综上所述，现有的基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪的数据采集系统需要进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进现有基于光参量放大的飞秒时间分辨荧光光谱仪的数据采集系统，实现单次测量获得无超荧光背景干扰的时间分辨荧光光谱。 为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪，包括: 激光光源与光束分束片； 样品激发光产生部分，用于激光光源输出基频光的频率变换； 样品激发光的聚焦装置以及样品固定的样品池； 样品灭光的收集和会聚系统； 荧光光参量放大所需泵浦光的产生部分； 光参量晶体，用于泵浦光与荧光发生非共线光参量过程； 时间分辨荧光光谱数据采集系统； 光程延迟系统，用于改变光参量泵浦光与样品激发光的时间延迟； 数据采集系统为基于多通道锁相放大器的数据采集系统。 进一步，对荧光强度按周期函数形式调制，而使超荧光处于非调制状态，且所述数据采集系统中的多通道同步锁相放大器采用陷波滤波器以及低通滤波器组合衰减超荧光背景对时间分辨荧光光子强度的干扰。 进一步，荧光强度的调制函数可以是周期性方波、正弦波以及三角波三者中任意一种，调制频率为激光光源的重复频率的1/10-1/3。 进一步，对荧光强度的周期性方波、正弦波、三角波调制可以分别通过斩波器、偏振片、中性密度衰减片实现。 进一步，所述数据采集系统中的多通道锁相放大器的相敏检测功能基于现场可编程门电路技术实现。 相对于现有技术，本专利技术具有下列技术效果: 1.通过以周期函数形式对样品荧光强度进行调制，而使超荧光处于非调制状态，本专利技术提供的基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪能够单次测量获得无超荧光干扰的时间分辨荧光光谱。 2.本专利技术提供的基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪的数据采集系统具有多路信号同步检测的功能，单次测量即可获得时间分辨荧光光谱，而无需通过多条动力学曲线重建获得时间分辨荧光光谱，因此避免了在时间分辨光谱重建中引入因激光能量波动导致的噪声，并减少了实验耗时以及样品光损伤。 3.本专利技术提供的基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪的数据采集系统对超荧光进行了滤波处理，利用低通滤波器和陷波滤波器组合有效地衰减超荧光强度，提高了基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪测量的动态范围和检测灵敏度，同时数据采集系统使用的多通道同步信号处理方式使数据采集系统结构紧凑。 【附图说明】 图1为现有基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪的结构示意图。 图2为本专利技术实施例的基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相突光光谱仪结构示意图。 图3为本专利技术实施例的基于多通道锁相放大器的数据采集系统结构示意图。 图4为本专利技术实施例的多通道同步锁相放大器结构示意图。 图5为本专利技术实施例的DCM染料时间分辨荧光光谱。 图6为本专利技术实施例的超荧光背景抑制效果图。 【具体实施方式】 下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。 实施例一: 本专利技术提供了如附图2所示的一种基于光参量放大的飞秒时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪，包括：激光光源与光束分束片；样品激发光产生部分，用于激光光源输出基频光的频率变换；样品激发光的聚焦装置以及样品固定的样品池；样品荧光的收集和会聚系统；荧光光参量放大所需泵浦光的产生部分；光参量晶体，用于泵浦光与荧光发生非共线光参量放大过程；时间分辨荧光光谱数据采集系统；光程延迟系统，用于改变光参量泵浦光与样品激发光的时间延迟；其特征在于：数据采集系统为基于多通道同步锁相放大器的数据采集系统。

【技术特征摘要】
2014.03.20 CN 201410105376.91.一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪，包括: 激光光源与光束分束片； 样品激发光产生部分，用于激光光源输出基频光的频率变换； 样品激发光的聚焦装置以及样品固定的样品池； 样品荧光的收集和会聚系统； 荧光光参量放大所需泵浦光的产生部分； 光参量晶体，用于泵浦光与荧光发生非共线光参量放大过程； 时间分辨荧光光谱数据采集系统； 光程延迟系统，用于改变光参量泵浦光与样品激发光的时间延迟； 其特征在于:数据采集系统为基于多通道同步锁相放大器的数据采集系统。2.根据权利要求1所述的一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相突光光谱仪，其特征在于: 对荧光强度按周期函数形式调制，而使超荧光处于非调制状态，且所述数据采集系统中的多通道同步锁相放大器采用陷波滤波器以及低通滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁羽翔，党伟，王专，于清旭，陈珂，毛鹏程，王云鹏，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11