本发明专利技术涉及在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法，属于超快光谱测试领域。利用两个中空回射器配合电动位移台快速构建高精度的时间延迟线，大幅提升光学时间延迟线的稳定性，且能够减少搭建时间延迟线所需的时间，利用两个电动光学调整架配合CCD来调整入射光准确沿着电动位移台的移动方向传播，自动校正光路偏差，可以大幅降低工作强度，降低由于肉眼观察所产生的误差，提升调节光路的精度从而快速地构建高精度时间延迟线。度从而快速地构建高精度时间延迟线。度从而快速地构建高精度时间延迟线。
【技术实现步骤摘要】
在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法
[0001]本专利技术涉及在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法，属于超快光谱测试领域。
技术介绍
[0002]飞秒瞬态吸收光谱是一种泵浦—探测技术。泵浦光将待测样品中的基态电子激发到受激态，随后利用探测光检测受激电子弛豫到基态的过程。飞秒瞬态吸收光谱广泛用于材料物理化学性质的研究。
[0003]飞秒瞬态吸收光谱的激发光、探测光之间的时间延迟由光学时间延迟线构造。为了保证测试过程中探测光的位置不发生变化，需要保证飞秒激光在时间延迟线的中的传播方向严格平行于电动位移台的移动方向。通常情况下，构造时间延迟线需要四面反射镜，提供了8个调节自由度，系统的自由度过多，使得构造时间延迟线需要耗费大量时间。此外，随着时间的推移，任意一个自由度的移动会使得光路发生偏移，引入系统误差，因此需要定期校准光学时间延迟线，增加使用成本。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术提出使用两个中空回射器面对面放置的方式构造时间延迟线，将时间延迟线的自由度降为0个，大幅提升光学时间延迟线的稳定性，且能够减少搭建时间延迟线所需的时间。本专利技术还利用机电一体化的方法引入光路的自动调节，利用CCD相机成像的方式代替传统的光阑，提升调节光路的精度。
[0005]中空回射器能够将入射光以中心对称的方式原路返回，因此两个中空回射器面对面放置的方式能够取代四面(两组)反射镜的方案，而通过此种方式构造的光学延迟线方向精度仅取决于中空回射器反射光线的平行度。典型的中空回射器平行度在5arcsec以下，以总行程为2400mm的光学延迟线为例，通过此种方式构造的光学延迟线所造成探测光的偏移不超过0.37mm，完全能够满足飞秒瞬态吸收光谱的需求。在自由度为0的情况下，只需要将飞秒激光准确沿电动位移台移动方向入射即可快速构造出时间延迟线。
[0006]调节时间延迟线时，为了保证飞秒激光的传播光路与电动位移台位移方向一致，需要在出射处放置一个光阑，若电动位移台移动过程中出射光均经过光阑，位置不发生变动，则认为光路调节完成。该过程较为繁杂，一般需要两人反复花费大量时间反复调试方可实现，使用机电一体化的方法引入光路的自动调节，可以大幅降低工作强度。此外，引入CCD相机成像定位代替光阑，可以降低由于肉眼观察所产生的误差，提升调节光路的精度。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：本专利技术公开的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法，包括电动光学调整架、用于电动光学调整架的控制器、中空回射器、用于中空回射器的底座、二维手动位移台、一维电动位移台、手动光学调整架、99:1分束镜、 CCD相机、平凸透镜、上位机。
[0008]飞秒激光大致平行于电动位移台移动方向入射，在两个中空回射器之间依次通过
后出射， 99％能量的飞秒激光通过99:1分束镜出射被利用，剩余1％能量的飞秒激光过99:1分束镜由平凸透镜聚焦到CCD的成像面上。
[0009]基于所述在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置，本专利技术还公开了在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一：在光学平台上放置电动位移台，连接至上位机；
[0011]步骤二：手动调整两个电动光学调整架，使得飞秒激光的光线入射方向大致平行于电动位移台移动方向；随后将电动光学调整架通过电动光学调整架控制器连接至上位机；
[0012]步骤三：放置中空回射器1，放置中空回射器2。中空回射器2固定在二维手动位移台上，进而通过用于中空回射器的底座固定在电动位移台上。中空回射器2通过一个二维位移台与底座连接，以便精细调节飞秒激光在两个中空回射器之间反射时的反射位置。如图2所示，中空回射器的摆放方向为，中空回射器的角锥棱镜的某一条棱边应当指向竖直向下的方向；
[0013]步骤四：调整中空回射器1和中空回射器2的位置，使得飞秒激光在两个中空回射器之间的反射位置如图2所示。飞秒激光依次通过B
‑
1，A
‑
1，B
‑
2，A
‑
2，B
‑
3，B
‑
4出射，其中中空回射器1的激光反射位置A
‑
1，A
‑
2处于同一水平高度，并与中空回射器2的激光反射位置 B
‑
2，B
‑
3处于同一水平高度；中空回射器2的激光反射位置B
‑
1、B
‑
4两点的连线长度显著短于B
‑
1、B
‑
3两点的连线长度；
[0014]步骤五：放置手动光学调整架、99:1分束镜、平凸透镜与CCD相机，使得99％能量的飞秒激光出射被利用，剩余1％能量的飞秒激光由平凸透镜聚焦到CCD的成像面上，将CCD相机与上位机相连；
[0015]步骤六：精准调节飞秒激光的光线入射方向，按照下列逻辑调节飞秒激光的光线入射方向，使其严格平行于电动位移台移动方向：
[0016]首先将电动位移台移动至行程的中点位置，记录飞秒激光在CCD相机上的成像位置 (x0,y0)；
[0017]进一步地，将电动位移台移动至行程的左端行程极限位置，记录飞秒激光在CCD相机上的成像位置，将其与(x0,y0)比较，如果二者位置不同，则调节电动光学调整架1，使得成像位置回复到(x0,y0)；
[0018]进一步地，将电动位移台移动至行程的右端行程极限位置，记录飞秒激光在CCD相机上的成像位置，将其与(x0,y0)比较，如果二者位置不同，则调节电动光学调整架2，使得成像位置回复到(x0,y0)；
[0019]进一步地，重复步骤二至步骤三，直到电动位移台移动至左右两端行程极限位置时，飞秒激光在CCD相机上的成像位置均为(x0,y0)，此时飞秒激光的光线入射方向已经其严格平行于电动位移台移动方向。
[0020]确定飞秒激光在CCD相机上的成像位置时，舍弃中心亮斑不管，而以衍射环的平均中心位置为飞秒激光在CCD相机上的成像位置，即，对第i个衍射环的中心位置(x
i
,y
i
)，计算飞秒激光成像位置的公式为：
[0021][0022]有益效果：
[0023]1、本专利技术公开的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法，利用两个中空回射器面对面放置的方式构造时间延迟线，将时间延迟线的自由度降为0个，大幅提升光学时间延迟线的稳定性，且能够减少搭建时间延迟线所需的时间。
[0024]2、本专利技术公开的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法，使用机电一体化的方法引入光路的自动调节，可以大幅降低工作强度。
[0025]3、本专利技术公开的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置及方法，利用CCD相机判断探测光是否发生偏移，大幅提升了整体精度，在光路发生偏移的情况下，可以实现自动校准功能，从而减少系统误差。
附图说明...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置，其特征在于：包括：电动光学调整架、用于电动光学调整架的控制器、中空回射器、用于中空回射器的底座、二维手动位移台、一维电动位移台、手动光学调整架、99:1分束镜、CCD相机、平凸透镜、上位机；飞秒激光沿着电动位移台移动方向入射，在两个中空回射器之间依次反射后出射，99％能量的飞秒激光通过99:1分束镜出射被利用，剩余1％能量的飞秒激光通过99:1分束镜由平凸透镜聚焦到CCD的成像面上。2.在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的方法，基于如权利要求1所述的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的装置实现，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：在光学平台上放置电动位移台，连接至上位机；步骤二：手动调整两个电动光学调整架，使得飞秒激光的光线入射方向大致平行于电动位移台移动方向；随后将电动光学调整架通过电动光学调整架控制器连接至上位机；步骤三：放置中空回射器1，放置中空回射器2；中空回射器2固定在二维手动位移台上，进而通过用于中空回射器的底座固定在电动位移台上；步骤四：调整中空回射器1和中空回射器2的位置，使得飞秒激光在两个中空回射器之间依次通过B
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1，A
‑
1，B
‑
2，A
‑
2，B
‑
3，B
‑
4出射；步骤五：放置手动光学调整架、99:1分束镜、平凸透镜与CCD相机，使得99％能量的飞秒激光出射被利用，剩余1％能量的飞秒激光由平凸透镜聚焦到CCD的成像面上，将CCD相机与上位机相连；步骤六：精准调节飞秒激光的光线入射方向，使其严格平行于电动位移台移动方向，完成高精度时间延迟线的搭建。3.根据权利要求2所述的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的方法，其特征在于：中空回射器的角锥棱镜的某一条棱边应当指向竖直向下的方向。4.根据权利要求2所述的在飞秒瞬态吸收光谱中构建时间延迟线的方法，其特征在于：中空回射器2通过一个二维位移台与底座连接，以便精细调节...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，邓昱铭，朱彤，高国权，赵小明，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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