闪光光解系统技术方案

本发明专利技术涉及闪光光解系统。泵浦-探测LFP系统适于显著降低泵浦光源和探测光源的能量要求。该LFP系统包括基于光子晶体光纤的探测光源、适于产生具有纳焦或更高能量的光脉冲的泵浦光源、生成到探测光源的第一射束部分以及到泵浦光源的第二射束部分的主激光源、延迟发生器、计算机、光调制器以及检测器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光闪光光解的领域，并且更特别地涉及相对现有闪光光解光谱仪具有改进的性能的闪光光解系统。
技术介绍
激光闪光光解(LFP)是被利用来研究化学过程和生物过程中的反应机理的技术。该技术曾在1966年由在法国的CNRS的Lindqvist被引入,并且该技术曾被全世界多个研究组快速地开发。LFP是通过在二十世纪六十年代早期的激光的专利技术引起的。LFP的技术包括生成要被研究的样品中的化学物种(chemical species)的脉冲激光源、能够感测样品中的光学变化的光学和电子系统以及被合适地配备来选择性地捕获、处理和显示数据的计算机。这些光学和电子系统构成能够捕获被称为“中间体”的短寿命的化学物种的光谱的快速光谱仪。这些光学和电子系统接着记录中间体随着时间的过去的演化。这样的快速光·谱仪中的时间分辨率可以通过两种主要方法来实现。第一方法包括在快速检测器的读出实时地被数字化并且被记录的地方使用快电子学，或者当电子快门(electronic gating)被应用到检测器时使用快电子学。电子快门通常与基于阵列的光谱仪一起使用，其中输出不能被足够快地处理以执行实时数据捕获。这两种技术通常都利用连续波(CW)疝弧灯或者脉冲疝弧灯作为探测光源(probe lightsource)0由于由探测光源产生的探测束的低的本征亮度以及差的准直，所以在探测束与泵浦(激发)束之间的光学重叠发生在大约Icm2的面积上，从而对激光脉冲加以诱发样品中的化学变化所需的能量要求。相对应的泵浦激光脉冲通常具有几个豪焦耳的能量。由于脉冲能量要求，所以只有有限数目的激光器(被称为调Q激光器(Q-switched laser))可以与疝弧灯探测光源一起被使用，以产生所要求的能量。第二方法被称为光学快门或者“泵浦-探测”方法。在该方法中，样品的化学变化的动态通过研究一系列来自激光器的光脉冲而在当所述光脉冲(泵浦束)穿过样品时的不同时刻被监控。探测束和泵浦束穿越(travel through)相同体积的被研究样品。泵浦束的脉冲诱发样品中的影响样品的光学特性的瞬态化学变化。根据探测脉冲相对于泵浦脉冲何时到达样品，穿过样品的探测束的脉冲的光谱通过泵浦束对样品进行的变化而被更改。在探测束在泵浦束之前行进的地方，探测束将仅仅在激发事件之前测量该样品。由于探测束被延迟，所以该探测束与泵浦脉冲同时到达该样品，从而对应于时间零点。探测束的延迟在期望的时间间隔上被递增地增加。探测束中的由检测器监控的相对应的变化因此被指派给在激发事件之后的特定的延迟(时间)。各种延迟处的一系列探测束表示关于样品中的由泵浦束弓I起的变化的动态的信息。在探测束的延迟中的每个延迟处，探测束的两个光谱被检测器记录。第一光谱对应于与泵浦束一起穿越样品的探测束。第二光谱(参考光谱)对应于在没有泵浦束的情况下被发送通过样品的探测束。通常在特定的泵浦探测延迟处，为了获得足够的信噪比，一系列这样的探测光谱对被求平均值。这样的实验设置中的泵浦束能量经常被限制为几个豪焦耳。因此，为了在激发束中实现可比较的仪器灵敏度以及类似的光量子通量，泵浦束和探测束在样品中在小于Imm2的面积上在空间上被重叠。只有当诸如激光之类的经过高度准直的射束被使用时，可满足上述要求的探测束的生成才是可能的。光学快门已经被成功地与飞秒激光器和皮秒激光器一起被使用。飞秒激光器输出或皮秒激光器输出被分为数个部分，所述数个部分中的一个被用来产生具有期望的波长规格的探测束，通常通过超连续谱生成或光参量放大来产生。用于超连续谱生成的材料通常是体材料，是诸如蓝宝石、氟化钙等等之类的晶体或者是诸如水之类的液体等等。最终得到的射束接着被用来探测样品中的光诱发的变化。通过使探测束的行进路径长度相对于泵浦束(其考虑到极高的时间分辨率)向下改变到数个飞秒，时间分辨率被实现。然而，为了在诸如蓝宝石之类的体材料中生成超连续谱，需要有具有高峰值功率(兆瓦)的激光脉冲，所述具有高峰值功率的激光脉冲只能由包括被放大的飞秒激光器(amplified femtosecondlaser)的有限数目的激光器产生。这样的被放大的飞秒激光器是昂贵的并且具有大的脚点(8 至 10ft2)。共同拥有的美国专利No. 7，817，270 B2展示了纳秒泵浦-探测LFP系统，所述纳 秒泵浦-探测LFP系统适于泵浦光源和探测光源的基本上更低的能量要求。该LFP系统包括基于光子晶体光纤的探测光源、适于产生具有纳焦或更高的能量的光脉冲的泵浦光源、延迟发生器、计算机以及检测器。
技术实现思路
用于执行激光闪光光解的LFP系统已经出人意料地被开发，并且适于显著地降低泵浦和探测光源的能量要求。所述LFP系统包括探测光源、适于产生具有纳焦或更高水平能量的光脉冲的泵浦光源、延迟发生器、光调制器以及检测器。在用于闪光光解的系统中，主激光源生成光束，并且分束器根据该光束生成第一部分射束以及第二部分射束。探测光源响应于第一部分射束，用于在闪光光解应用中生成第一脉冲光束，以穿越样品，其中探测光源是激光激励的光子晶体光纤。延迟发生器是光延迟线或光延迟发生器，以在整个闪光光解应用中调节在第一脉冲射束的生成与第二脉冲射束的生成之间的时间延迟。泵浦光源响应于来自延迟发生器的第二部分射束，用于生成第二脉冲光束，以穿越样品并启动样品中的化学反应。检测器接收到离开样品的第一脉冲射束，以检测样品中的由第二脉冲射束引起的第一脉冲射束吸收中的变化。附图说明当按照附图进行考虑时，通过阅读本专利技术的下面的详细描述，本专利技术的上述和其它目的以及本专利技术的优点对于本领域的技术人员将变得显而易见，其中示出有根据本专利技术的实施例的LFP系统的不意性布局。具体实施例方式下面的详细描述以及随附的附图描述并图示了本专利技术的各种示例性的实施例。所述描述和附图用来使得本领域技术人员能够实现并使用本专利技术，而且并不意图以任何方式限制本专利技术的范围。关于所公开的方法，被呈现的步骤本质上是示例性的，并且因而步骤的顺序不是必需的或关键的。参照附图，图示有LFP系统10，所述LFP系统10包括探测光源12、泵浦光源14、检测器16以及延迟发生器18。所示出的探测光源12是由激光器51泵浦的光子晶体光纤。探测光源12适于被聚焦到与数个平方微米一样小的面积。应理解的是，探测光源12可以是适于被聚焦到与数个平方微米一样小的面积的任何常规的探测光源，例如是诸如被耦合到光子光纤的脉冲飞秒激光振荡器。泵浦光源14通常是由激光器51泵浦的谐波发生器或光参量振荡器并且被称为激发光源，其中所述激光器51适于产生具有至少数个纳焦的能量水平的经过准直的射束。泵浦光源14也可以根据需要是被放大的飞秒激光器、非被放大的飞秒激光振荡器、皮秒激光器、调Q纳秒激光器、染料激光器、氮分子激光器或纳秒微片激光器。 检测器16是适于测量由样品20引起的光吸收中的变化的宽带检测器(诸如基于C⑶的光谱仪)。检测器16可以进一步适于向计算机23发送测量信号。应理解的是，检测器16可以是适于在电磁频谱的特定部分上测量光的特性的任何装置。延迟发生器18通常是光延迟发生器。延迟发生器18与计算机23处于电通信，并且适于以光学方式控制在由探测光源12产生的探测束与由泵浦光源14产生的泵浦束之间的时间延迟。尽管通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于闪光光解的系统，其包括：用于生成光束的主激光源；用于根据所述光束生成第一射束部分和第二射束部分的分束器；探测光源，所述探测光源响应于第一射束部分，用于在闪光光解应用中生成脉冲探测光束，以穿越样品，其中所述探测光源是激光激励的光子晶体光纤；泵浦光源，所述泵浦光源响应于第二射束部分，用于生成脉冲泵浦光束，以穿越样品并启动样品中的化学反应；延迟发生器，所述延迟发生器在整个闪光光解应用中调节在脉冲探测束的生成与脉冲泵浦束的生成之间的时间延迟；以及接收离开样品的脉冲探测束的检测器，以检测样品中的由脉冲泵浦束引起的脉冲探测束吸收中的变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚历克斯·古谢夫，
申请(专利权)人：亚历克斯·古谢夫，
类型：发明
国别省市：