多波段自由基激发光源系统及包括其的电子自旋共振谱仪技术方案

本发明专利技术涉及多波段自由基激发光源系统及包括其的电子自旋共振谱仪。所述多波段自由基激发光源系统可包括：多个光源模块，其发射波长至少部分地彼此不同；光源驱动和控制电路，用于控制所述多个光源模块；上位机，用于设置所述多个光源模块的控制参数，并且向光源驱动和控制电路发送对应的控制指令以执行对所述多个光源模块的控制；合束器，用于对所述多个光源模块发射的光束进行合束处理；以及准直镜头，用于对合束后的光束进行准直处理，并且引导准直光束照射样品材料以激发自由基。本发明专利技术的光源系统能够提高多种样品的自由基浓度，从而拓展电子自旋共振谱仪的样品测量范围。而拓展电子自旋共振谱仪的样品测量范围。而拓展电子自旋共振谱仪的样品测量范围。

【技术实现步骤摘要】
多波段自由基激发光源系统及包括其的电子自旋共振谱仪


[0001]本专利技术总体上涉及物性测量领域，更特别地，涉及一种多波段自由基激发光源系统，以及包括该光源系统的电子自旋共振谱仪(ESR)。所述光源系统能够提高多种ESR样品的自由基浓度，从而拓展ESR的样品测量范围。

技术介绍

[0002]电子自旋共振谱仪(ESR)，也称为电子顺磁共振谱仪(EPR)，是一种用来检测样品弱磁性的设备。ESR可以探测样品中未配对的电子例如自由基的磁共振吸收谱，通过分析共振吸收条件来了解样品中的微观磁环境，因而在材料科学、物理学、化学、生物以及医学等领域得到广泛应用。
[0003]在使用ESR对样品进行测量时，经常遇到的一个问题是大部分样品的天然自由基浓度很低，因此存在信号微弱或者甚至检测不到信号的情况。为了解决这一问题，一方面需要不断提高SER中的磁性测量模块的测量精度，但是当测量精度达到一定水平后，很难进一步提高，而且存在成本代价急剧上升的问题。另一方面，可以使用激发光源照射样品以提高样品中的自由基浓度，从而提高信号强度。然而，不同样品可能需要不同的激发光源，因此配备特定光源的ESR可测量的样品范围仍是有限的。如果考虑为ESR更换光源附件，由于不同光源的波长、时序和能量控制可能是不同的，因此还会遇到需要对光源控制器进行二次开发的问题，这极大地浪费了科研工作者的时间和精力。
[0004]因此，仍需要一种自由基激发光源系统，其能够被方便且简单地控制，并且能够适用于提高多种样品的自由基浓度，以拓展ESR的样品测量范围。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的一示例性实施例提供一种用于电子自旋共振谱仪的多波段自由基激发光源系统，包括：多个光源模块，其发射波长至少部分地彼此不同；光源驱动和控制电路，用于控制所述多个光源模块；上位机，用于设置所述多个光源模块的控制参数，并且向光源驱动和控制电路发送对应的控制指令以执行对所述多个光源模块的控制；合束器，用于对所述多个光源模块发射的光束进行合束处理；以及准直镜头，用于对合束后的光束进行准直处理，并且引导准直光束照射样品材料以激发自由基。
[0006]在一些示例中，所述多个光源模块包括紫外光源、LED光源和激光光源中的一种或多种。
[0007]在一些示例中，所述多个光源模块包括输出波长彼此不同的多个半导体激光器。
[0008]在一些示例中，所述多波段自由基激发光源系统还包括：多个透镜系统，其分别用于将所述多个光源模块发射的光束耦合到对应的合束前光纤中，并且所述合束前光纤将所述多个光源模块发射的光束引导至所述合束器，所述合束器发出的合束后的光束经合束后光纤引导至所述准直镜头。
[0009]在一些示例中，所述透镜系统包括：第一柱面镜，设置为其柱轴方向平行于对应的
光源模块的光输出表面；以及非球面聚焦透镜，用于将经所述第一柱面镜出射的光聚焦到所述合束前光纤中。
[0010]在一些示例中，所述透镜系统还包括：第二柱面镜，设置在所述第一柱面镜与所述非球面聚焦透镜之间，所述第二柱面镜设置为其柱轴方向与所述第一柱面镜的柱轴方向基本垂直。
[0011]在一些示例中，所述合束后光纤包括石英光纤，所述石英光纤在1700摄氏度以上的温度下进行热处理以使其输出光斑匀化。
[0012]在一些示例中，所述光源驱动和控制电路包括：通信模块，用于与所述上位机通信，以接收来自所述上位机的控制指令；数据采集卡，用于将从所述上位机接收到的控制指令转换成模拟信号；多路电流/电压驱动模块，用于响应于与控制指令对应的模拟信号，对所述多个光源模块进行控制，其中，所述数据采集卡还用于采集所述多个光源模块的状态信息，并将所采集的状态信息经由所述通信模块发送给所述上位机。
[0013]在一些示例中，所述上位机包括：通信模块，用于与所述光源驱动和控制电路通信，以将控制指令发送给所述光源驱动和控制电路通信；波长选择模块，用于从所述多个光源模块中选择一个或多个光源模块以输出期望波长的光束；时长/时序设置模块，用于设置所选择的光源模块的光束输出时长和/或时序；功率设置模块，用于设置所选择的光源模块的输出功率；光斑设置模块，用于设置所述输出镜头的输出光斑的大小；以及温度设置模块，用于设置所述多个光源模块的温度参数。
[0014]本专利技术的另一示例性实施例提供一种电子自旋共振谱仪，其包括上述多波段自由基激发光源系统。
[0015]本专利技术的用于电子自旋共振谱仪(ESR)的多波长自由基激发光源系统具有多波段、不同时序、时长和能量自由选择/设置的功能，能够适应不同样品的自由基激发要求，拓展了ESR样品的范围。而且，本专利技术的多波长自由基激发光源系统能够方便地对多个光源模块进行集中控制，操作简单，极大地减少了科研人员在光源设置方面花费的时间和精力。此外，多波长自由基激发光源系统能够利用ESR设备的主控计算机的现有接口，方便地与ESR设备相结合，而不需要对现有的ESR设备进行大的改进，因此降低了整个系统的成本。
[0016]本专利技术的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对具体实施例的描述而变得显而易见。
附图说明
[0017]图1为根据本专利技术一实施例的多波段自由基激发光源系统的结构示意图。
[0018]图2为根据本专利技术一实施例的光源驱动和控制电路的功能框图。
[0019]图3为根据本专利技术一实施例的上位机的功能框图。
[0020]图4为根据本专利技术一实施例的用于将光源耦合进光纤的光路图。
[0021]图5为根据本专利技术另一实施例的用于将光源耦合进光纤的光路图。
[0022]图6为根据本专利技术一实施例的对光纤进行局部热处理的示意图。
[0023]图7为根据本专利技术一实施例的电子自旋共振谱仪(ESR)的结构框图。
[0024]附图标记：
[0025]1：上位机
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1a：通信模块
[0026]1b：波长设置/选择模块
ꢀꢀꢀꢀ
1c：时长/时序设置模块
[0027]1d：功率/能量设置模块
ꢀꢀꢀꢀ
1e：光斑设置模块
[0028]1f：温度设置模块
[0029]2：光源驱动和控制电路
ꢀꢀꢀꢀ
2a：通信模块
[0030]2b：数据采集卡
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2c：多路电流/电压驱动模块
[0031]2d：温度控制模块
[0032]3‑
1至3
‑
n：光源模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
1至4
‑
n：耦合透镜
[0033]5‑
1至5
‑
n：合束前光纤
ꢀꢀꢀꢀꢀ
6：合束器
[0034]7：合束后光纤
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8：准直镜头
[0035]10：光源系统
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100：电子自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电子自旋共振谱仪的多波段自由基激发光源系统，包括：多个光源模块，其发射波长至少部分地彼此不同；光源驱动和控制电路，用于控制所述多个光源模块；上位机，用于设置所述多个光源模块的控制参数，并且向光源驱动和控制电路发送对应的控制指令以执行对所述多个光源模块的控制；合束器，用于对所述多个光源模块发射的光束进行合束处理；以及准直镜头，用于对合束后的光束进行准直处理，并且引导准直光束照射样品材料以激发自由基。2.如权利要求1所述的多波段自由基激发光源系统，其中，所述多个光源模块包括紫外光源、LED光源和激光光源中的一种或多种。3.如权利要求1所述的多波段自由基激发光源系统，其中，所述多个光源模块包括输出波长彼此不同的多个半导体激光器。4.如权利要求1所述的多波段自由基激发光源系统，还包括：多个透镜系统，其分别用于将所述多个光源模块发射的光束耦合到对应的合束前光纤中，并且所述合束前光纤将所述多个光源模块发射的光束引导至所述合束器，所述合束器发出的合束后的光束经合束后光纤引导至所述准直镜头。5.如权利要求4所述的多波段自由基激发光源系统，其中，所述透镜系统包括：第一柱面镜，设置为其柱轴方向平行于对应的光源模块的光输出表面；以及非球面聚焦透镜，用于将经所述第一柱面镜出射的光聚焦到所述合束前光纤中。6.如权利要求5所述的多波段自由基激发光源系统，其中，所述透镜系统还包括：第二柱面镜，设置在所述第一柱面镜与所述非球面聚焦透镜之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫丽琴，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：