用于测量样本的光谱响应的装置和方法，包括基于量子级联激光器的光放大制造方法及图纸

技术编号：40149679 阅读：17 留言：0更新日期：2024-01-24 01:13

一种被配置成用于测量样本(1)、尤其是生物样本的光谱响应的光谱测量装置(100)，包括飞秒激光源设备(10)，该飞秒激光源设备被布置成用于用具有主光谱的一系列探测光脉冲(2)照射该样本(1)；检测器设备(20)，该检测器设备被布置成用于对响应光脉冲(2')进行时间和/或光谱分辨检测，这些响应光脉冲具有经改变的光谱和/或时间结构并且由这些探测光脉冲(2)与该样本(1)的相互作用产生；以及脉冲修改设备(30)，包括至少一个量子级联激光器(3<subgt;1</subgt;……3<subgt;N</subgt;)，其中该脉冲修改设备(30)被配置成通过用至少一个量子级联激光器(3<subgt;1</subgt;……3<subgt;N</subgt;)放大探测光脉冲(2)和响应光脉冲(2’)中的至少一者的一个或多个光谱分量来修改探测光脉冲(2)和响应光脉冲(2’)中的至少一者。此外，描述了一种测量样本(优选是生物样本)的光谱响应和/或时间响应的方法。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及一种测量样本的光谱响应的方法以及一种配置成用于测量样本的光谱响应的光谱测量装置。具体地，本专利技术涉及一种通过用宽带中红外探测光照射样本并且感测由探测光与样本的相互作用引起的探测光光谱成分和/或时间结构的变化来测量光谱响应的方法。另外，本专利技术具体地涉及一种光谱测量装置，该光谱测量装置包括用于用探测光照射样本的宽带中红外光源以及用于检测由探测光与样本在光谱域和/或时域中的相互作用产生的探测光的变化的检测器设备。本专利技术的应用在样本的光谱学，尤其是高动态范围场分辨红外光谱学中是可用的，例如生物样本或具有ir响应的另一样本，尤其是用于分析样本的(分子)组成和/或其变化。

技术介绍

1、为了解说与本专利技术有关的
技术介绍
，参考以下现有技术文献：

2、[1]lasch,p.&kneipp,j.biomedical vibrational spectroscopy(生物医学振动光谱法)(wiley，2010)；

3、[2]pupeza，ioachem等人，“field-resolved infrared spectroscopy ofbiological systems(生物系统的场分辨红外光谱学)”，nature 577，7788，52-59(2020)；

4、[3]zhang，jinwei等人，“intra-pulse difference-frequency generation ofmid-infrared(2.7–20μm)by random quasi-phase-

5、[4]wang,qing等人，“broadband mid-infrared coverage(2-17μm)with few-cycle pulses via cascaded parametric processes(具有经由级联参数处理的少量周期脉冲的宽带中红外覆盖(2-17μm))”，optics letters 44，10(2019)：2566-2569；

6、[5]novák，等人，“femtosecond 8.5μm source based on intrapulsedifference-frequency generation of 2.1μm pulses(基于2.1μm脉冲的脉冲内差频生成的飞秒8.5μm源)”，optics letters 43，6，1335-1338(2018)；

7、[6]williams,b.，“terhertz quantum-cascade lasers(太赫兹量子级联激光器)”，nature photonics 1,517-525(2007)；

8、[7]rauter,patrick等人，“multi-wavelength quantum cascade laser arrays(多波长量子级联激光阵列)”，laser&photonics reviews 9.5，452-477(2015)；

9、[8]zhu，huan等人，“terahertz master-oscillator power-amplifier quantumcascade laser with a grating coupler of extremely low reflectivity(具有极低反射率的光栅耦合器的太赫兹主振荡器功率放大器量子级联激光器)”，optics express 26，2，1942-1953(2018)；

10、[9]zhu,wenjia等人，“single-mode,high-power,mid-infrared,quantumcascadelaser phased arrays(单模、高功率、中红外、量子级联激光相控阵列)”scientificreports 8,1,1-6(2018)；

11、[10]andriukaitis,giedrius等人，“90gw peak power few-cycle mid-infraredpulses from an optical parametric amplifier(来自光学参数放大器的90gw峰值功率几个周期中红外脉冲)”，optics letters 36,15,2755-2757(2011)；

12、[11]seidel,marcus等人，“multi-watt,multi-octave,mid-infraredfemtosecond source(多瓦特、多倍频程、中红外飞秒源)”，science advances4,4,eaaq1526(2018)；

13、[12]jukam,nathan等人，“terahertz amplifier based on gain switching ina quantum cascade laser(基于量子级联激光器中的增益切换的太赫兹放大器)”，naturephotonics 3,12(2009)：715-719；

14、[13]bachmann,dominic等人，“broadband terahertz amplification inaheterogeneous quantum cascade laser(异构量子级联激光器中的宽带太赫兹放大)”，optics express 23,3(2015)：3117-3125；

15、[14]oustinov,dimitri等人，“phase seeding of a terahertz quantumcascade laser(太赫兹量子级联激光器的相位接种)”，nature communications，1.1(2010)：1-6；以及

16、[15]schubert,olaf等人，“rapid-scan acoustic-optical delay line with34khz scan rate and 15as precision(34khz的扫描速率并且15as精度的快速扫描声光延迟线)”，optics letters 38,15(2013)：2907-2910。

17、通常已知的是，宽带红外光谱可以通过在从400cm-1至3300cm-1或3μm至25μm的光谱范围内检测吸收的变化(所谓的分子指纹吸收)来区分复杂样本的分子组成的变化，使其成为生物医学感测的理想计量[1]。

18、近来已经显示，与当前现有技术的傅里叶变换红外(ftir)光谱法相比，基于飞秒中红外(mir)激光脉冲的场分辨光谱法(frs)可以实现对于分子检测的更高的动态范围、灵敏度和特异性[2]。在frs中，几个光学周期、宽带mir脉冲激发样本，并且在时域电光采样(eos)测量中直接捕获包括脉冲唤醒中的分子响应的全电场。尽管frs在将来取得多倍频程光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种光谱测量装置(100)，所述光谱测量装置被配置成用于测量样本(1)、尤其是生物样本的光谱响应，所述光谱测量装置包括：

2.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述至少一个量子级联激光器(31……3N)包括具有不同中心波长(λ1……λN)的多个量子级联激光器(31……3N)的阵列。

3.如权利要求2所述的光谱测量装置，其特征在于，

4.如权利要求2所述的光谱测量装置，其特征在于，

5.如权利要求2所述的光谱测量装置，其特征在于，

6.如前述权利要求之一所述的光谱测量装置，其特征在于，

7.如前述权利要求之一所述的光谱测量装置，其特征在于，

8.如前述权利要求之一所述的光谱测量装置，其特征在于，还包括：

9.如前述权利要求之一所述的光谱测量装置，其特征在于，所述飞秒激光源设备(10)被适配成用于生成具有以下特征中的至少一者的所述探测光脉冲(2)：

10.一种在用探测光脉冲(2)激发样本(1)、优选是生物样本时测量其光谱响应和/或时间响应的方法，包括以下步骤：p>

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

12.如权利要求10到11之一所述的方法(50)，其特征在于，

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个量子级联激光器(31……3N)的第一QCL子集以平行配置来布置，并且所述多个量子级联激光器(31……3N)的第二QCL子集以顺序配置来布置。

16.如权利要求10到15之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个量子级联激光器(31……3N)具有至少1瓦特的输出功率和/或在3μm至24μm之间的范围内的中心波长。

17.如权利要求10到16之一所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

18.如权利要求10到17之一所述的方法，其特征在于，所述修改步骤包括：

19.如权利要求10到18之一所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

20.如权利要求10到19之一所述的方法，其特征在于，所述探测光脉冲(2)具有以下特征中的至少一者：

...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种光谱测量装置(100)，所述光谱测量装置被配置成用于测量样本(1)、尤其是生物样本的光谱响应，所述光谱测量装置包括：

2.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述至少一个量子级联激光器(31……3n)包括具有不同中心波长(λ1……λn)的多个量子级联激光器(31……3n)的阵列。