本发明专利技术提供一种超连续白光发生器，所述超连续白光发生器包括沿光路依次设置的望远镜系统和超薄晶体阵列，可产生550～1100nm稳定的超连续白光；本发明专利技术还提供了将所述超连续白光发生器与基频光发生装置相结合的界面电子态结构测定系统，所述测定系统可检测340～440nm和550～1100nm波长范围，覆盖了紫外、可见光和近红外波段功能的电子态和频光谱，应用在表征领域，能够使超连续白光和基频光在样品表面处发生和频过程，得到样品表面的电子态共振信息，具有较高的研究应用价值。具有较高的研究应用价值。具有较高的研究应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种超连续白光发生器及包含其的界面电子态结构测定系统和用途
[0001]本专利技术涉及表界面结构测定
，尤其涉及一种超连续白光发生器及包含其的界面电子态结构测定系统和用途。
技术介绍
[0002]物质相互接触的表界面是众多物理化学生物过程发生的场所，如电极表面发生的电子转移过程，界面催化反应、细胞表面的物质输运与生物反应过程等，而表界面通常被认为只有一到几个分子层的厚度，且由于受到界面不对称力的作用，其物理化学性质与体相有显著差别。表界面与体相相比，分子数量有很大差异，传统探测技术常因体相分子数量远多于界面而掩盖表面信号。要理解界面发生的物理化学过程，需要开发具有界面敏感性和灵敏性的探测技术，以区分体相与表面的贡献。
[0003]表面和频光谱检测系统是一种具有界面选择性及亚单分子层敏感性的二阶非线性光谱检测手段，可获得材料表面、生物界面分子的取向、结构、分子排列、化学环境等分子水平的微观信息，近三十年来已逐步发展成为极有力的表界面研究手段之一。
[0004]自上世纪80年代美国加州大学伯克利分校沈元壤教授第一次将振动态和频光谱(Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy，VSFG)用于空气/水界面研究，获得了如空气/水分子氢键振动态以及取向等分子水平的重要信息。振动态和频光谱方法采用一束皮秒窄带可见光与宽带飞秒红外光在样品表面处空间时间重合，发生和频过程，并在反射方向对这束和频信号进行检测。由于和频过程是二阶非线性过程，在点偶极模型近似下，天生具有界面选择性和灵敏性。经过几十年的长足发展，该方法研究的体系涵盖了气液界面、气固界面、固液界面以及液液界面等多种复杂界面体系。
[0005]目前，国内仅有十多个研究小组搭建VSFG检测系统，该系统以一束宽带红外光谱与800nmps基频光在界面重合并产生和频信号，可提供中红外波段有关的界面分子的振动态信息。由于宽带中红外波长可调，VSFG可覆盖如甲基对称伸缩及反对称伸缩等多个振动模式，光谱分辨率可达数个波数。该系统主要用于开放的大气环境下的离子液体及其他液体、固体催化剂或新材料等的界面结构的分子基团取向、密度、构型以及化学变化等分子微观信息的研究。
[0006]CN208818635U公开了一种原位和频振动光谱检测装置，该装置可对样品表面分子的共振信号进行检测，但该装置不能适用于多相催化反应等各类反应界面中电子态光谱变化和电子结构等信息的检测。
[0007]CN106885775A公开了一种基于π相位调制的时频二维相敏和频光谱界面检测方法，该方法通过对可见光脉冲做延时处理与π相位调制，使可见光脉冲与红外光脉冲在空间与时间上相匹配，同时同地照射在样品界面上，并用CCD型光谱仪采集激发出来的二维和频光谱图，可得到样品界面的分子响应函数的幅值、频率和相位信息，但该方法并不能检测到界面上的电子结构、电子转移和电子态光谱变化信息，难以满足对多相催化反应、光催化转
移以及离子液体等界面现象的深入理解的需求。
[0008]CN103048044A公开了一种和频光谱微弱信号检测系统，该系统通过设置信号放大模块，克服了商用和频光谱仪原有检测系统灵敏度较低，对微弱和频信号无法测量的问题，但该装置并未意识到将和频光谱系统用于检测界面电子态信息，仅能用来检测气/液界面、气/固界面或液/固界面的分子态信息，具有一定的局限性。
[0009]综上所述，仅由界面分子基团的振动态信息并不足以满足如多相催化反应、光催化转化或电化学过程等各类反应中界面发生的电子态光谱变化、电子转移和电子态结构等物理化学信息的检测分析。
[0010]因此，开发一种可测定界面电子态结构的系统对于进一步深入了解界面电子态结构、光谱变化和电子转移等电子信息，理解表面原子与分子对化学反应和物理作用产生的影响具有十分关键的作用。
技术实现思路
[0011]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种超连续白光发生器并将其与基频光发生装置相结合，开发出具有检测340nm～440nm和550nm～1100nm波长范围且覆盖紫外、可见光和近红外波段功能的电子态和频光谱检测系统，该检测系统应用在多相催化反应、光催化转化和电化学过程等各类反应中，可表征界面发生的电子态光谱变化、电子转移和电子态结构等信息，具有较高的灵敏度和稳定性，加深了对电化学、催化以及光伏功能材料和器件等研究领域涉及的表面电子转移、光生载流子或表面电子迁移等界面过程的理解。
[0012]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供一种超连续白光发生器，所述超连续白光发生器包括沿光路依次设置的望远镜系统和超薄晶体阵列；所述超薄晶体阵列包括作为展宽介质的超薄晶体薄片。
[0014]本专利技术的超连续白光发生器包括望远镜系统和超薄晶体阵列，其中超薄晶体阵列包括作为展宽介质的超薄晶体薄片，这些超薄晶体薄片具有很好的光学非线性度，透明度范围大，可实现泵浦光在超薄晶体薄片上的逐级展宽，能够控制入射飞秒光的空间质量，相比于现有技术中普遍采用的体相介质材料作展宽介质，本专利技术的超薄晶体阵列有效解决了飞秒光自相位调制效应在透明介质中产生超连续白光容易出现光谱不平滑，稳定性较差且功率较低的问题，具有功率高、色散小和稳定性高的优点；望远镜系统能够调节超薄晶体阵列入射光的束腰大小和自聚焦条件，与超薄晶体阵列相结合，找到超连续白光产生的临界状态。
[0015]本专利技术对超薄晶体薄片的材料没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用作展宽介质的超薄晶体薄片的材料，例如可以是石英晶体、蓝宝石晶体或氟化钙晶体。
[0016]优选地，所述超薄晶体阵列中的超薄晶体薄片的厚度为0.05～0.2mm，例如可以是0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm或0.20mm，优选为0.08～0.15mm。
[0017]优选地，所述超薄晶体阵列按布鲁斯特角设置。
[0018]优选地，所述望远镜系统包括第一凸透镜和第一凹透镜。
[0019]优选地，所述望远镜系统中第一凸透镜的焦距f1为130～160mm，例如可以是
130mm、132mm、135mm、138mm、140mm、142mm、145mm、148mm、150mm、152mm、155mm、158mm或160mm，优选为145～155mm。
[0020]优选地，所述望远镜系统中第一凹透镜的焦距f2为40～60mm，例如可以是40mm、42mm、45mm、48mm、50mm、52mm、55mm、58mm或60mm，优选为45～55mm。
[0021]优选地，所述超连续白光发生器还包括设置在超薄晶体阵列之后的第一准直器。
[0022]优选地，所述第一准直器为凹面镜。
[0023]本专利技术优选为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超连续白光发生器，其特征在于，所述超连续白光发生器包括沿光路依次设置的望远镜系统和超薄晶体阵列；所述超薄晶体阵列包括作为展宽介质的超薄晶体薄片。2.根据权利要求1所述的超连续白光发生器，其特征在于，所述超薄晶体阵列中的超薄晶体薄片的厚度为0.05～0.2mm，优选为0.08～0.15mm；优选地，所述超薄晶体阵列按布鲁斯特角设置；优选地，所述望远镜系统包括第一凸透镜和第一凹透镜；优选地，所述望远镜系统中第一凸透镜的焦距f1为130～160mm，优选为145～155mm；优选地，所述望远镜系统中第一凹透镜的焦距f2为40～60mm，优选为45～55mm；优选地，所述超连续白光发生器还包括设置在超薄晶体阵列之后的第一准直器；优选地，所述第一准直器为凹面镜；优选地，所述望远镜系统和超薄晶体阵列之间设置有第一透镜；优选地，所述超连续白光发生器还包括设置在望远镜系统之前的第一小孔光阑。3.一种界面电子态结构测定系统，其特征在于，所述测定系统包括如权利要求1或2所述的超连续白光发生器。4.根据权利要求3所述的测定系统，其特征在于，所述测定系统还依次包括激光光源、将激光光源发射的激光分束为第一分束光和第二分束光的分束装置和沿第一分束光光路设置的基频光发生装置；所述超连续白光发生器沿第二分束光光路设置；所述测定系统还包括设置在所述超连续白光发生器和基频光发生装置之后的信号产生装置和信号检测装置。5.根据权利要求4所述的测定系统，其特征在于，所述基频光发生装置与信号产生装置之间设置有第一光束调整器；优选地，所述超连续白光发生器与信号产生装置之间设置有第二光束调整器；优选地，所述第一光束调整器沿第一分束光光路依次包括800nm半波片和第二透镜；优选地，所述第二光束调整器沿第二分束光光路依次包括宽带半波片和第三透镜；优选地，所述激光光源为再生放大激光器；优选地，所述激光光源还包括激光器脉宽压缩器；优选地，所述激光光源发射的激光为泵浦激光；优选地，所述激光光源发射的激光的脉宽为35fs；优选地，所述激光光源发射的激光的脉冲能量为600uJ；优选地，所述激光光源发射的激光的单脉输出为7mJ；优选地，所述激光光源发射的激光的重复频率为1kHz；优选地，所述激光光源发射的激光的中心波长为800nm。6.根据权利要求4或5所述的测定系统，其特征在于，所述基频光发生装置沿第一分束光光路依次设置有脉冲整形器和延时控制器；优选地，所述分束装置与脉冲整形器之间设置有调整光路方向的第一反射镜组；优选地，所述脉冲整形器沿第一分束光光路依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍锋，何宏艳，王艳磊，佟佳欢，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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