【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非线性超快光谱，特别的涉及同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置与方法。
技术介绍
1、超快飞秒激光脉冲与空气分子相互作用时会使空气分子发生部分电离，并且会诱导中性分子及离子的相干转动波包，一直以来，同时获取中性分子及离子的相干转动波包信息是强场激光
一个非常挑战性的问题，它对于揭示分子电离和相干转动激发过程的相互作用影响至关重要。目前，已有多种方法用于测量中性分子转动波包信息，如弱场偏振技术(physical review letters 90,153601(2003))、交叉自散焦(optics letters30,70(2005))和空间自聚焦效应(optics express 19,2852(2011))等。然而，这些方法无法分离测量离子的相干转动波包信息，特别是当气体分子的气压比较低时。
2、为此，提出同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置与方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为了解决当前难以同时提取中性分子和离子相干转动波包的关键技术问题。充分发挥弱探测光的多重作用，利用离子激光的时域傅里叶变换光谱提取中性分子和离子的相干转动波包。当弱探测光在强泵浦光之前时，主要起到分子取向的作用；当弱探测光在强泵浦光之后时，可起到调控离子量子相干性的作用。通过同时提取中性分子及离子的相干转动波包信息，可以解耦电离过程中分子离子的相干转动激发过程。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的，同时提取中性分子及离子相
3、光谱信号转换模块，用于接收所述氮气离子激光信号，进行信号衰减、滤波处理后转换为光谱信号；
4、信号处理模块，存储有不同延时下氮气离子激光的光谱作傅里叶变换，得到不同延时下对应的频谱图，同时提取中性分子及离子相干转动波包信息。
5、优选的，所述光源模块包括近红外飞秒激光器系统、分束镜、延时控制系统、二分之一波片、合束镜、聚焦透镜、气腔；
6、所述光谱信号转换模块包括准直透镜、双色镜、衰减片、收集透镜、光栅光谱仪；
7、所述信号处理模块为计算机；
8、所述的近红外飞秒激光器输出的飞秒光脉冲经分束镜分成探测光与泵浦光，探测光经过延时控制系统后与泵浦光建立一定的延时时间，两束光经合束镜合并由聚焦透镜聚焦到气腔中，泵浦光电离氮气分子，建立氮气离子的振动相干性，同时激发氮气离子产生波长为391nm的空气激光；所述的信号光依次经过所述的准直透镜、双色镜、衰减片、收集透镜后，聚焦入射到光栅光谱仪中转换成光谱信号，由计算机接收并将不同延时以及不同空间几何状态下的光谱信号作傅里叶变换，同时提取中性分子及离子相干转动波包信息。
9、优选的，所述延时控制系统由若干个反射镜组合而成，通过调节反射镜所属的平行台来建立泵浦光与探测光之间的时间延时。
10、优选的，所述二分之一波片用于改变泵浦光与探测光的空间几何状态，切换两束光至平行状态或者垂直状态。
11、优选的，所述衰减片用于调节进入光栅光谱仪的信号强度，防止打坏光栅光谱仪或采集饱和的光谱信号。
12、优选的，所述双色镜用于反射800nm波长的近红外光，同时透射391nm波长的氮气离子激光。
13、同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的方法，包括：
14、利用探测光在气腔中诱导氮气分子取向，泵浦光在气腔中电离氮气分子，建立n2+的振动相干性，同时激发氮气离子产生波长为391nm的空气激光；
15、利用泵浦光与探测光的不同作用，改变泵浦光与探测光之间的延时，控制泵浦光与探测光到达气腔的先后顺序；
16、所述的探测光若先到达气腔，则会诱导氮气分子取向，出现周期性调制的光谱信号，泵浦光先到达气腔，电离氮气分子，出现由猝灭效应而导致骤降的光谱信号；
17、根据光栅光谱仪收集到的光强信号，经过傅里叶变换，同时提取中性分子及离子相干转动波包信息。
18、优选的，该方法包括下列步骤：
19、1)关闭将气腔的气阀，将其抽至真空后打开气阀，充入一定浓度的氮气气体；
20、2)开启近红外飞秒激光器，飞秒激光脉冲通过分束片将激光脉冲分成泵浦光与探测光；
21、3)调节延时控制系统，使探测光相比于泵浦光能够更快到达气腔(7)；
22、4)调节二分之一波片的角度，改变探测光与泵浦光偏振夹角使两束光平行；
23、5)探测光与泵浦光经合束镜合并，并经过聚焦透镜会聚到气腔中，激光经准直透镜；
24、6)在准直透镜后插入双色镜，得到氮气离子激光；
25、7)离子激光经过衰减片将信号强度进行衰减，保护光谱仪同时利于收集；
26、8)衰减的离子激光经收集透镜聚焦到光栅光谱仪的狭缝，光栅光谱仪对离子激光信号进行采集和光谱分析；
27、9)采集信号过程中，不断调节延时控制系统中的平行台，改变泵浦光与探测光的时间延时，让光栅光谱仪能够采集到不同延时下的离子激光光谱强度信号；
28、10)将采集到的光谱信号导入计算机，将采集到不同延时下的离子激光光谱强度信号进行傅里叶变换，将其光谱信号图转化为频谱图，获取不同延时下的中性分子与离子转动波包信息；
29、11)调节二分之一波片的角度，改变探测光与泵浦光偏振夹角使两束光垂直，重复上述其余步骤，得到两束光垂直状态下中性分子与离子转动波包信息。
30、本专利技术的有益效果是：
31、1)本专利技术利用391nm的氮气离子激光的傅里叶变换光谱同时获取中性分子及离子相干转动波包，能够快速获取相关转动波包的信息。
32、2)本专利技术利用飞秒激光高时间分辨率以及高光子能量等特点，能够捕捉和研究分子、原子、离子等快速动态过程，能够提供丰富的光谱信息。
33、3)本专利技术得到的空气激光光谱有益于理解强场电离诱导产生的氮气离子激光的物理机制，进一步揭示了强场中分子离子取向背后丰富的物理成因。
34、4)本专利技术其中涉及到激光诱导分子取向以及转动波包的研究为探索发展激光控制技术和传感应用的提供新的可能。
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1.同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，包括
2.根据权利要求1所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述
3.根据权利要求2所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述延时控制系统(3)由若干个反射镜(14)组合而成，通过调节反射镜(14)所属的平行台来建立泵浦光与探测光之间的时间延时。
4.根据权利要求2所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述二分之一波片(4)用于改变泵浦光与探测光的空间几何状态，切换两束光至平行状态或者垂直状态。
5.根据权利要求2所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述衰减片(10)用于调节进入光栅光谱仪(12)的信号强度，防止打坏光栅光谱仪(12)或采集饱和的光谱信号。
6.根据权利要求2所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述双色镜(9)用于反射800nm波长的近红外光，同时透射391nm波长的氮气离子激光。
7.根据权利要求1-6任意一
8.根据权利要求7所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
...【技术特征摘要】
1.同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，包括
2.根据权利要求1所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述
3.根据权利要求2所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述延时控制系统(3)由若干个反射镜(14)组合而成，通过调节反射镜(14)所属的平行台来建立泵浦光与探测光之间的时间延时。
4.根据权利要求2所述的同时提取中性分子及离子相干转动波包信息的装置，其特征在于：所述二分之一波片(4)用于改变泵浦光与探测光的空间几何状态，切换两束光至平行状态或者垂直状态。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢红强，李贵花，吴淑霆，黄溢洪，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：
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