【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光速测量技术，尤其涉及一种基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统及方法。
技术介绍
1、真空中的光速数值作为物理学中基本参数，对其精准的测量，曾为近现代科技的深入发展做出了重要贡献。根据爱因斯坦的相对论和几个世纪以来科学家们的实验测量，真空中的光速具有不变性，是一个常数。
2、与之不同的是，在介质中，光的传播速度通常小于真空中的数值，决定了介质的光电特性的。但却很难直接测量。现有技术中，通常采用界面光反射获取折射率或者光学干涉测相位差等手段进行间接测量，因此对于样品表面光滑程度和厚度都有较为严苛的要求，无法广泛适用。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种广泛适用、基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统及方法。
2、技术方案：本专利技术所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，包括飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统和光速计算子系统，所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统用于测试在光路中加入待测透明介质前、后的瞬态吸收光谱，所述光速计算子系统具体包括：
3、第一上升沿获取单元，用于提取加入待测透明介质前的瞬态吸收光谱的上升沿对应时间点，作为第一时间点；
4、第二上升沿获取单元，用于提取加入待测透明介质后的瞬态吸收光谱的上升沿对应时间点，作为第二时间点；
5、延时获取单元，用于计算第一时间点和第二时间点的差值，作为加入待测透明介质后导致的延时；
6、光速计算
7、
8、式中，c为真空中的光速，nair是空气的光学折射率，δt为加入待测透明介质后导致的时间延时，d为盛放待测透明介质的比色皿内壁间距。
9、进一步的，所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统具体包括激光器、分光镜、可移动的延时装置、第一反射镜组合、倍频晶体、斩波器、第二反射镜组合、显微物镜、半导体薄膜(如mos2、mose2和si等薄膜)、光电探测器、锁相放大器和光谱计算模块，所述分光镜位于所述激光器的光输出端后方，用于将激光器输出光束分为探测光束和泵浦光束，所述第一反射镜组合用于转向探测光束的传播方向，从而实现探测光束经过所述延时装置到达显微物镜的光输入端，所述第二反射镜组合用于转向泵浦光束的传播方向，从而将泵浦光束依次经过倍频晶体、斩波器到达显微物镜的光输入端，所述半导体薄膜位于所述显微物镜的焦点处，所述光电探测器位于显微物镜光输入端后方，在测量时，所述光电探测器用于探测泵浦光束/探测光束光路中加入待测透明介质前、后，半导体薄膜的反射光束强度值，所述锁相放大器用于将反射光束强度值进行解调，所述光谱计算模块用于将锁相放大器解调后的信号计算得到加入待测透明介质前、后的瞬态吸收光谱。
10、进一步的，所述锁相放大器的解调方式与所述斩波器的调制方式相对应。
11、进一步的，所述第一反射镜组合具体包括按照光路传播方向依次设置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，最终实现探测光束到达显微物镜的光输入端。
12、进一步的，所述第二反射物镜组合具体包括第四反射镜和第五反射镜，所述第四反射镜位于所述分光镜射出的泵浦光束后方，所述第五反射镜位于所述第四反射镜后方，并将所述泵浦光束反射至所述显微物镜的光输入端。
13、进一步的，所述可移动的延时装置包括位移平台和位于位移平台上的光信号延时器。
14、进一步的，所述显微物镜使得泵浦光束和探测光束的光斑焦点重合于半导体薄膜表面，并使得泵浦光束和探测光束使得光束垂直入射垂直出射。
15、本专利技术还提供一种基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量方法，该方法基于上述所述系统实现，具体包括：
16、步骤s1、采用飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统测试在光路中加入待测透明介质前、后的瞬态吸收光谱；
17、步骤s2、提取加入待测透明介质前的瞬态吸收光谱的上升沿对应时间点，作为第一时间点；
18、步骤s3、提取加入待测透明介质后的瞬态吸收光谱的上升沿对应时间点，作为第二时间点；
19、步骤s4、计算第一时间点和第二时间点的差值，作为加入待测透明介质后导致的延时；
20、步骤s5、根据延时按照下式计算得到待测透明介质中光速：
21、
22、式中，c为真空中的光速，nair是空气的光学折射率，δt为加入待测透明介质后导致的时间延时，d为盛放待测透明介质的比色皿内壁间距。
23、进一步的，所述待测透明介质具体放置在所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统的泵浦光束光路或探测光束中。
24、进一步的，若所述待测透明介质放在泵浦光束光路中，具体是放在倍频晶体后方；若所述待测透明介质放在探测光束光路中，具体是放在延时装置后方。
25、本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：本专利技术提出一种基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统及方法，通过测量飞秒激光脉冲穿透介质所需的时间，获得该飞秒激光脉冲在此介质中的传播速度，本专利技术可直接测量光速，对于介质基本物性的精准表征和测量具有普适的参考意义。
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1.一种基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：包括飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统和光速计算子系统，所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统用于测试在光路中加入待测透明介质前、后的瞬态吸收光谱，所述光速计算子系统具体包括：
2.根据权利要求1所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统具体包括激光器、分光镜、可移动的延时装置、第一反射镜组合、倍频晶体、斩波器、第二反射镜组合、显微物镜、半导体薄膜、光电探测器、锁相放大器和光谱计算模块，所述分光镜位于所述激光器的光输出端后方，用于将激光器输出光束分为探测光束和泵浦光束，所述第一反射镜组合用于转向探测光束的传播方向，从而实现探测光束经过所述延时装置到达显微物镜的光输入端，所述第二反射镜组合用于转向泵浦光束的传播方向，从而将泵浦光束依次经过倍频晶体、斩波器到达显微物镜的光输入端，所述半导体薄膜位于所述显微物镜的焦点处，所述光电探测器位于显微物镜光输入端后方，在测量时，所述光电探测器用于探测泵浦光束/探测光束光路中加入待测透明介质前、后，半导体薄膜的反射光束强度值，
3.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述锁相放大器的解调方式与所述斩波器的调制方式相对应。
4.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述第一反射镜组合具体包括按照光路传播方向依次设置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，最终实现探测光束到达显微物镜的光输入端。
5.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述第二反射物镜组合具体包括第四反射镜和第五反射镜，所述第四反射镜位于所述分光镜射出的泵浦光束后方，所述第五反射镜位于所述第四反射镜后方，并将所述泵浦光束反射至所述显微物镜的光输入端。
6.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述可移动的延时装置包括位移平台和位于位移平台上的光信号延时器。
7.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述显微物镜使得泵浦光束和探测光束的光斑焦点重合于半导体薄膜表面，并使得泵浦光束和探测光束使得光束垂直入射垂直出射。
8.一种基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量方法，其特征在于：该方法基于权利要求1-7中任意一项所述系统实现，具体包括：
9.根据权利要求8所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量方法，其特征在于：所述待测透明介质具体放置在所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统的泵浦光束光路或探测光束中。
10.根据权利要求8所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量方法，其特征在于：若所述待测透明介质放在泵浦光束光路中，具体是放在倍频晶体后方；若所述待测透明介质放在探测光束光路中，具体是放在延时装置后方。
...【技术特征摘要】
1.一种基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：包括飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统和光速计算子系统，所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统用于测试在光路中加入待测透明介质前、后的瞬态吸收光谱，所述光速计算子系统具体包括：
2.根据权利要求1所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述飞秒激光瞬态吸收光谱测量子系统具体包括激光器、分光镜、可移动的延时装置、第一反射镜组合、倍频晶体、斩波器、第二反射镜组合、显微物镜、半导体薄膜、光电探测器、锁相放大器和光谱计算模块，所述分光镜位于所述激光器的光输出端后方，用于将激光器输出光束分为探测光束和泵浦光束，所述第一反射镜组合用于转向探测光束的传播方向，从而实现探测光束经过所述延时装置到达显微物镜的光输入端，所述第二反射镜组合用于转向泵浦光束的传播方向，从而将泵浦光束依次经过倍频晶体、斩波器到达显微物镜的光输入端，所述半导体薄膜位于所述显微物镜的焦点处，所述光电探测器位于显微物镜光输入端后方，在测量时，所述光电探测器用于探测泵浦光束/探测光束光路中加入待测透明介质前、后，半导体薄膜的反射光束强度值，所述锁相放大器用于将反射光束强度值进行解调，所述光谱计算模块用于将锁相放大器解调后的信号计算得到加入待测透明介质前、后的瞬态吸收光谱。
3.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光速直接测量系统，其特征在于：所述锁相放大器的解调方式与所述斩波器的调制方式相对应。
4.根据权利要求2所述的基于时间分辨光谱的透明介质光...
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