基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种瞬态吸收光谱仪成像系统，属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统。包括：分束镜，位于飞秒激光器输出光路上，用于将飞秒激光器的光束分光后送至探测光路和泵浦光路；双色滤镜，用于将所述探测光路和泵浦光路汇聚成为共轴线束；倒置显微镜，位于载物台下方，用于将接收到的所述共轴线束汇聚于样品上；CCD探头，用于从汇聚于样品上的共轴线束中接收探测光。因此，本实用新型专利技术具有如下优点：1.具有高空间分辨能力(500nm波长激光最小分辨率达到260nm)；2.通过显微镜平台扫描实现二维瞬态吸收成像。

Imaging system of high temporal and spatial resolution transient absorption spectrometer based on inverted microscope

The utility model relates to a transient absorption spectrometer imaging system, which belongs to the field of optical detection technology, and specifically relates to a high time space-time resolution transient absorption spectrometer system based on inverted microscope. Including: beam splitter, located in the output light path of a femtosecond laser, used to distribute the beam of the femtosecond laser back to the probe optical path and the pump light path; the dual color filter is used to converge the probe optical path and the pump light path into a coaxial harness; the inverted microscope, under the carrier platform, is used to receive the shared axis. The wire harness converges on the sample; the CCD probe is used to receive the probe light from the coaxial beam that converges to the sample. Therefore, the utility model has the following advantages: 1. has the ability of high spatial resolution (the minimum resolution of 500nm wavelength laser reaches 260nm); and 2. the two-dimensional transient absorption imaging can be realized by scanning the microscope platform.

【技术实现步骤摘要】
基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统
本技术涉及一种瞬态吸收光谱仪成像系统，属于光学检测
，具体涉及一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统。
技术介绍
倒置显微镜又称反式显微镜。倒置显微镜组成和普通正置显微镜在光学成像原理上类似，均是通过物镜放大成像。不同在于结构设计上，前者物镜在载物台及样本之下，后者物镜在载物台之上。瞬态吸收是超快光谱学中研究激光与物质作用最重要的表征手段。瞬态吸收表征了探测光的吸收变化(ΔA吸收变化或者ΔT/T归一化透过变化)随泵浦光激发后的时间延迟的函数。其基本装置原理如图1所示，其满足如下关系：T代表探测光光透过样品的透过率(transmission),DT代表探测光透过率变化(DifferentialTransmission),T泵浦激发前代表泵浦光到达样品前，样品透过率。同理，T泵浦激发后代表泵浦光到达样品前，样品透过率。时间分辨率指时间分辨光谱学中，时序上区分光化学过程的最小响应时间。对于瞬态吸收而言，时间分辨率一般在短脉冲激光光源脉宽的1.0～1.7倍。空间分辨率指能够区分空间上样品形貌的最小响应距离，经验值复合Abbe衍射极限定律。空间分辨能力是能够实现成像的重要基础。光谱成像技术指选择特定光学参数为探测参数(Z轴)，扫描样品表面以表征分析样品特性的技术。目前常用的显微成像技术包括：荧光，拉曼散射，二次倍频成像等等。2014年，潘安练等人发表了专利“一种空间分离的泵浦-探测瞬态吸收光谱仪及实现方法”，专利号：CN201410079805.X。该专利公开了瞬态吸收光谱仪通过物镜聚焦产生空间分离，通过空间分离的瞬态光谱来表征样品的方法。虽然该方法在传统泵浦探测手段基础上做出了重要改进，使泵浦探测具备一定的空间分辨能力，但是由于该专利依然采用正置的显微镜系统，预留光路和探测端的限制导致空间分辨率较低，无法实现瞬态吸收显微成像。截至目前，瞬态光学表征成像手段主要集中在荧光和拉曼成像，这两种成像方式存在明显的局限性。对于荧光成像，可见光谱范围内存在荧光的物质相当有限，多数材料都需要额外添加荧光制剂才能成像，但是荧光染料本身会对材料体系或者生物组织造成未知影响。对于拉曼光谱成像，受制于目前拉曼光谱波数分辨率和拉曼振动本身苛刻的模型和条件，拉曼光谱成像仅仅使用在少数层状纳米材料中。相对于这两者，所有的物质都天然存在吸收光谱，瞬态吸收技术不需要在体系中添加其他制剂，实现条件也没有拉曼光谱苛刻。传统的瞬态吸收，泵浦光和探测光采取非共轴光路(如图1所示)，并且采用普通透镜聚焦光束，因此只能用于表征宏观尺寸的样品(～2–3mm)，对于目前广泛研究的微纳结构(500nm～5um)，传统瞬态吸收不具备空间分辨的能力。为了解决这一问题，需要引入显微系统并且改良泵浦探测光路，来实现微区探测的泵浦探测。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统。该系统将倒置显微镜在集成到改良的微区瞬态吸收光路设计中，可以提供良好的拓展平台，提高瞬态吸收信号噪声比，同时系统配合高移动精度的压电二维平台和电荷耦合元件CCD,瞬态吸收将能够实现微区成像，空间分辨率达300nm以下。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，包括：分束镜，位于飞秒激光器输出光路上，用于将飞秒激光器的光束分光后送至探测光路和泵浦光路；双色滤镜，用于将所述探测光路和泵浦光路汇聚成为共轴线束；倒置显微镜，位于载物台下方，用于将接收到的所述共轴线束汇聚于样品上；CCD探头，用于从汇聚于样品上的共轴线束中接收探测光。优选的，上述的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，所述探测光路上沿光路前进方向依次设置参量放大器以及延迟平台；所述延迟平台内设置多个反射镜；所述探测光路的光经双色滤镜后方入射并透过。优选的，上述的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，所述泵浦光路上设置有参量放大器，并且所述泵浦光路的光经双色滤镜反射后与泵浦光路的光汇聚。优选的，上述的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，所述共轴线束与倒置显微镜之间设置有振镜。优选的，上述的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，所述载物台为压电平台。优选的，上述的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，所述飞秒激光器包括振荡级和放大级。综上所述，本技术具有如下优点：1.通过引入倒置显微镜，倒置显微镜设计的物镜在样品架之下并且合并了照明和物镜光路，比普通显微镜大大拓展了系统可以集成空间，在装置设计上可以安装性能更高的探测系统，或者集成电学或者磁学的拓展组件。2.倒置显微镜系统使用反射式物镜，反射式物镜不存在透射式物镜无法避免的色差问题，对于需要使用至少两束激光(探测光和泵浦光，两者通常波长不同)瞬态吸收具有重要意义，可以极大地提高信号噪声比和所得信号的可信度。3.本系统具有高空间分辨率，配合压电扫描平台可以实现二维瞬态吸收成像。附图说明图1是瞬态吸收本原理示意图。图2是高分辨瞬态吸收装置设计示意图。图3是对于氧化石墨烯薄膜的瞬态吸收扫描表征。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：如图1所示的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，包括：分束镜，位于飞秒激光器输出光路上，用于将飞秒激光器的光束分光后送至探测光路和泵浦光路；双色滤镜，用于将探测光路和泵浦光路汇聚成为共轴线束；倒置显微镜，位于载物台下方，用于将接收到的共轴线束汇聚于样品上；CCD探头，用于从汇聚于样品上的共轴线束中接收探测光。其中，探测光路上沿光路前进方向依次设置参量放大器以及延迟平台；延迟平台内设置多个反射镜；探测光路的光经双色滤镜后方入射并透过。其中，泵浦光路上设置有参量放大器，并且泵浦光路的光经双色滤镜反射后与泵浦光路的光汇聚。共轴线束与倒置显微镜之间设置有振镜。本实施例中，载物台为压电平台，可以感测样品。采用上述结构后，飞秒激光器作为光源产生短脉冲激光，通过分束镜将光束分为两束，一束作为探测光路，一束作为泵浦光路。两束光分别通过参量放大器，调谐选择波长。探测光通过时间延迟平台，实现探测脉冲和泵浦脉冲的时间延迟变化。泵浦探测两束激光通过双色滤镜汇聚为共轴线束，然后通过倒置显微镜物镜，汇聚在置于压电平台上的样品上。探测光通过样品后进入CCD探头之中，通过实现压电平台的扫描，实现瞬态吸收的成像。本实施例装置使用飞秒激光器作为短脉冲激光光源。目前的短脉冲激光器根据产生脉冲宽度的不同，分为纳秒激光器(10-9s)，皮秒激光器(10-12s)和飞秒激光器(10-15s)，瞬态吸收成像主要研究的分子光化学过程一般在亚皮秒及飞秒量级，因此光源选择目前脉冲产生宽度最短的飞秒激光器。飞秒激光具有以下几个特点：1)是飞秒激光持续的时间及其短，只有几个飞秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲还要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲；2)是飞秒激光具有非常高的瞬时功率，可以达到百万亿瓦，远远高于其他类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，其特征在于，包括：分束镜，位于飞秒激光器输出光路上，用于将飞秒激光器的光束分光后送至探测光路和泵浦光路；双色滤镜，用于将所述探测光路和泵浦光路汇聚成为共轴线束；倒置显微镜，位于载物台下方，用于将接收到的所述共轴线束汇聚于样品上；CCD探头，用于从汇聚于样品上的共轴线束中接收探测光。

【技术特征摘要】
1.一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，其特征在于，包括：分束镜，位于飞秒激光器输出光路上，用于将飞秒激光器的光束分光后送至探测光路和泵浦光路；双色滤镜，用于将所述探测光路和泵浦光路汇聚成为共轴线束；倒置显微镜，位于载物台下方，用于将接收到的所述共轴线束汇聚于样品上；CCD探头，用于从汇聚于样品上的共轴线束中接收探测光。2.根据权利要求1所述的一种基于倒置显微镜的高时空分辨瞬态吸收光谱仪成像系统，其特征在于，所述探测光路上沿光路前进方向依次设置参量放大器以及延迟平台；所述延迟平台内设置多个反射镜；所述探测光路的光经双色滤镜后方入...

【专利技术属性】
技术研发人员：余冠南，
申请(专利权)人：余冠南，
类型：新型
国别省市：广东,44