【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置及方法，属于光学参数测量。
技术介绍
1、瞬态光学成像技术的诞生可以追溯到19世纪70年代，由美国摄影家e. muybridge通过捕捉运动中的马匹而开创先河。在一个多世纪以后的今天，科学家们已经可以在单次曝光下实现飞秒激光诱导晶格振动波成像。这让单次曝光的超快成像技术在面对光学巨波、化学反应中的不可逆结构动力学，以及惯性约束核聚变中的冲击波产生等不可重复测量有着不可替代的优势。
2、在对一些不可逆动力学现象进行超快成像时，传统泵浦探测技术显然已不能满足测量要求，因其需要通过移动平台来实现两束脉冲光的时间延迟，且需要多个脉冲重复作用后才能获得不同时间延迟下的泵浦光的光斑图像，然而这并不是真正测量一个脉冲内随时间变化的图像。另外传统超快电子成像技术中也存在需多次测量和时间抖动的问题。因此需要单次脉冲成像技术才能解决上述问题。
3、在单脉冲泵浦探测测量技术中，延迟时间分辨率和延迟时间长度是一对矛盾的存在。在利用阶梯棱镜的方案中，要获得高精度的时间分辨率，则需要阶梯的高度差比较小，如同时需要获得较长的延迟时间则需要更多的阶梯，这就带来了阶梯面积及阶梯的总高度差都需要变大，从而导致ccd成像分辨率及成像位置带来较大的问题。另外由于光斑序列之间的光程差比较大，则每个脉冲序列不会在同一位置成像，导致某一定区域成像清晰，而另外的位置成像模糊，从而影响测量结果的精度。综上所述，现有技术中存在的缺陷是难以同时保证成像清晰度和测量结果的精确度。
技术
1、本专利技术的目的在于提供一种单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置及方法，解决现有技术中存在的难以同时保证成像清晰度和测量结果的精确度的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，
4、包括探测激光源、分束镜、反射阶梯镜、光栅、会聚透镜、泵浦系统、样品架、成像透镜和数据记录装置，会聚透镜和成像透镜组成4f成像系统；
5、所述探测激光源用于发出探测光束，所述分束镜设置在所述探测光束的光路上使得通过分束镜的探测光束垂直入射在所述反射阶梯镜上，所述探测光束射在反射阶梯镜的多个反射面上反射出对应的多束探测光，所述光栅设置在所述探测光的光路上将多束探测光反射入所述会聚透镜，所述样品架位于会聚透镜的焦平面上，用于放置样品，所述数据记录装置位于所述4f成像系统的像平面，所述泵浦系统用于将自身发出的泵浦光打到样品上。
6、结合第一方面，进一步的，所述泵浦系统包括泵浦光源和第一凸透镜，所述泵浦光源用于发出泵浦光，所述第一凸透镜位于泵浦光源和样品之间且设置在所述泵浦光的光路上，用于将所述泵浦光会聚到样品上；
7、所述泵浦系统还包括泵浦光吸收装置，所述泵浦光吸收装置和所述第一凸透镜沿所述样品中心对称，用于吸收经过样品的泵浦光。
8、结合第一方面，进一步的，所述反射阶梯镜包括第一基体和多个宽度依次递增的反射镜，多个所述反射镜堆叠在所述第一基体上形成阶梯状结构。
9、结合第一方面，进一步的，所述反射镜的数量为2~5个，所述阶梯状结构中阶梯的宽度为m×数据记录装置的像素尺寸/系统放大倍数，m是每个阶梯所占像素个数，所述系统放大倍数为经过测量装置成像后的图像大小与样品大小的比值；所述阶梯状结构中阶梯的高度为探测光到达样品的时间差×光速。
10、结合第一方面，进一步的，所述阶梯状结构中阶梯的宽度为8~16mm，所述阶梯状结构中阶梯的高度为3.5~27mm，所述反射阶梯镜的长度为25~50mm。
11、结合第一方面，进一步的，所述光栅包括基体和多个反射槽，所述反射槽为三棱柱形状，且反射槽中两个平行的面是直角三角形，多个反射槽和基体连接形成锯齿状结构，反射槽中的反射面与基体的夹角大小设置为探测光入射到光栅上的入射角大小。
12、结合第一方面，进一步的，所述反射槽的宽度为n×数据记录装置的像素尺寸/系统放大倍数，n是每个反射槽所占像素个数，所述系统放大倍数为经过测量装置成像后的图像大小与样品大小的比值；
13、所述反射面与基体的夹角大小为21~23°，所述光栅的长度为25~50mm，所述反射槽的长度为6.7~14.3μm，所述光栅的高度为12.5~50cm。
14、结合第一方面，进一步的，所述数据记录装置为ccd、lcos、或dmd。
15、第二方面，本专利技术还提供了一种基于第一方面任一项所述的测量装置的单脉冲长延迟瞬态吸收测量方法，包括：
16、不放置样品，关闭泵浦系统，发射探测光束，数据记录装置记录探测光束背景光斑；
17、放置样品，关闭泵浦系统，发射探测光束，数据记录装置记录样品的线性吸收探测光束光斑；
18、放置样品，发射探测光束和泵浦光，数据记录装置记录样品的瞬态吸收探测光束光斑；
19、对所述探测光束背景光斑、线性吸收探测光束光斑和瞬态吸收探测光束光斑进行图像处理，得到样品的瞬态吸收曲线和线性透射率。
20、结合第二方面，进一步的，所述图像处理包括：
21、对探测光束背景光斑的灰度值分别进行求和，将探测光束背景光斑的灰度值和除以探测光束背景光斑的总值，获得样品的线性透射率；
22、将线性吸收探测光束光斑和瞬态吸收探测光束光斑按宽度方向进行求和，求和的宽度为单个阶梯反射镜的宽度；
23、将瞬态吸收探测光束光斑求和后的曲线除以线性吸收探测光束光斑求和后的曲线，获得样品的瞬态吸收曲线。
24、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
25、本专利技术提供的一种单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置及方法：
26、（1）通过简单的光路设计，即反射阶梯镜和光栅的组合，实现利用单脉冲入射的探测光束测量材料的长延迟瞬态吸收变化情况，以实施例1为例，能够测量109ps延迟时间的瞬态吸收；
27、（2）无需昂贵的ccd即可完成ps甚至fs级的数据采集速度；
28、（3）测量非常方便，没有样品的移动，只需要一个激光脉冲就可以获得在泵浦光作用后材料的长延迟瞬态吸收变化情况；
29、（4）与目前门控分幅相机（分辨率为十几皮秒）相比，大大提高了其时间分辨率，本专利技术的时间分辨率能够小于1ps。
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1.一种单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，包括探测激光源、分束镜（2）、反射阶梯镜（3）、光栅（4）、会聚透镜（5）、泵浦系统、样品架（8）、成像透镜（10）和数据记录装置（11），会聚透镜（5）和成像透镜（10）组成4f成像系统；
2.根据权利要求1所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述泵浦系统包括泵浦光源和第一凸透镜（7），所述泵浦光源用于发出泵浦光（6），所述第一凸透镜（7）位于泵浦光源和样品之间且设置在所述泵浦光（6）的光路上，用于将所述泵浦光（6）会聚到样品上；所述泵浦系统还包括泵浦光吸收装置（9），所述泵浦光吸收装置（9）和所述第一凸透镜（7）沿所述样品中心对称，用于吸收经过样品的泵浦光。
3.根据权利要求1所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述反射阶梯镜（3）包括第一基体和多个宽度依次递增的反射镜，多个所述反射镜堆叠在所述第一基体上形成阶梯状结构。
4.根据权利要求3所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述反射镜的数量为2~5个，所述阶梯状结构中阶梯的宽度为M×数据记录装置的
5.根据权利要求3所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述阶梯状结构中阶梯的宽度为8~16mm，所述阶梯状结构中阶梯的高度为3.5~27mm，所述反射阶梯镜（3）的长度为25~50mm。
6.根据权利要求1所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述光栅（4）包括基体和多个反射槽，所述反射槽为三棱柱形状，且反射槽中两个平行的面是直角三角形，多个反射槽和基体连接形成锯齿状结构，反射槽中的反射面与基体的夹角大小设置为探测光入射到光栅（4）上的入射角大小。
7.根据权利要求6所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述反射槽的宽度为n×数据记录装置的像素尺寸/系统放大倍数，n是每个反射槽所占像素个数，所述系统放大倍数为经过测量装置成像后的图像大小与样品大小的比值；
8.根据权利要求1所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述数据记录装置（11）为CCD、LCoS、或DMD。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述的测量装置的单脉冲长延迟瞬态吸收测量方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的单脉冲长延迟瞬态吸收测量方法，其特征在于，所述图像处理包括：
...【技术特征摘要】
1.一种单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，包括探测激光源、分束镜（2）、反射阶梯镜（3）、光栅（4）、会聚透镜（5）、泵浦系统、样品架（8）、成像透镜（10）和数据记录装置（11），会聚透镜（5）和成像透镜（10）组成4f成像系统；
2.根据权利要求1所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述泵浦系统包括泵浦光源和第一凸透镜（7），所述泵浦光源用于发出泵浦光（6），所述第一凸透镜（7）位于泵浦光源和样品之间且设置在所述泵浦光（6）的光路上，用于将所述泵浦光（6）会聚到样品上；所述泵浦系统还包括泵浦光吸收装置（9），所述泵浦光吸收装置（9）和所述第一凸透镜（7）沿所述样品中心对称，用于吸收经过样品的泵浦光。
3.根据权利要求1所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述反射阶梯镜（3）包括第一基体和多个宽度依次递增的反射镜，多个所述反射镜堆叠在所述第一基体上形成阶梯状结构。
4.根据权利要求3所述的单脉冲长延迟瞬态吸收的测量装置，其特征在于，所述反射镜的数量为2~5个，所述阶梯状结构中阶梯的宽度为m×数据记录装置的像素尺寸/系统放大倍数，m是每个阶梯所占像素个数，所述系统放大倍数为经过测量装置成像后的图像大小与样品大小的比值；所述阶梯状结构中阶...
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