專利名稱：一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時域泵浦探測領(lǐng)域，具體是一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著超快激光技術(shù)的快速發(fā)展，時域泵浦探測(Time-resolved-pump-probe)技術(shù)越來越受到人們的重視。時域泵浦探測技術(shù)通常是將 一束脈沖激光分為一束較強的泵浦光和一束較弱的探測光。其中，泵浦光與待測樣品相互作用，引起樣品的變化；樣品的變化通過探測光來檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，可以獲得樣品的信息。這一技術(shù)在太赫茲時域光譜分析和成像檢測領(lǐng)域、分子和電子動力學(xué)分析檢測等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在時域泵浦探測中，通常是通過改變泵浦光路和探測光路之間的光程差(即進行光學(xué)延遲掃描)來獲得時域信號。因此，光學(xué)延遲掃描范圍是時域泵浦探測中一個重要的參數(shù)，光學(xué)延遲掃描范圍越大，可觀察的時域范圍也就越大。并且，在一些時域光譜檢測中，如太赫茲光譜檢測，時域范圍也決定了光譜在頻域上的分辨率。時域范圍越大，在頻域上的分
辨率越高。一般常用的光學(xué)延遲掃描裝置如圖I所示，主要由線性平移臺I和光學(xué)反射鏡組2組成。光學(xué)反射鏡組2放置于線性平移臺I上，并且其激光入射/出射方向與線性平移臺I移動方向一致。從激光光源發(fā)出的光束被分光裝置3分為兩路，其中一路經(jīng)過光學(xué)延遲掃描裝置。進行光學(xué)延遲掃描時，兩路光之間的光程差隨平移臺的移動距離線性地改變。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但是，光學(xué)延遲掃描范圍受到了平移臺的移動范圍的限制。在設(shè)計開發(fā)時域泵浦探測的儀器設(shè)備時，通常需要采用有一定行程的平移臺來保證時域掃描范圍達到要求。這就極大地限制了儀器設(shè)備向小型化、輕便化發(fā)展，也不利于降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置及方法，本裝置在進行時域泵浦探測時，同時對泵浦光束和探測光束進行光學(xué)延遲掃描，解決了時域泵浦探測中光學(xué)延遲掃描范圍受線性平移臺移動范圍限制的問題，大幅降低對線性平移臺行程的要求，或者在線性平移臺行程不變的情況下，大幅提高光學(xué)延遲掃描范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，包括線性平移臺和反射鏡組，所述的反射鏡組包括有設(shè)置于線性平移臺上的背靠背設(shè)置的泵浦光反射鏡組和探測光反射鏡組，即泵浦光反射鏡組的光入射方向與探測光反射鏡組的光出射方向一致，且兩者設(shè)置方向均保證其光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致。
所述的光學(xué)延遲掃描裝置還包括有順次設(shè)置于泵浦光反射鏡組前端的泵浦光偏振分光裝置和泵浦光1/4波片，設(shè)置于泵浦光反射鏡組后端的第二泵浦光反射裝置，順次設(shè)置于探測光反射鏡組前端的探測光偏振分光裝置和探測光1/4波片，設(shè)置于探測光反射鏡組后端的第二探測光反射裝置。所述的泵浦光偏振分光裝置的前端設(shè)置有第一泵浦光反射裝置；所述的探測光偏振分光裝置的前端設(shè)置有第一探測光反射裝置。所述的泵浦光反射鏡組為M+1個，且相鄰的兩個泵浦光反射鏡組中的一個的出射端和另一泵浦光反射鏡組的入射端相互對應(yīng)，M為大于等于O的偶數(shù)，首端的泵浦光反射鏡組位于泵浦光1/4波片后端，末端泵浦光反射鏡組位于第二泵浦光反射裝置的前端，且奇數(shù)位的泵浦光反射鏡組設(shè)置于所述的線性平移臺上，偶數(shù)位的泵浦光反射鏡組設(shè)置于線性平移臺外；所述的探測光反射鏡組為M+1個，且相鄰的兩個探測光反射鏡組中的一個的出射端和另一探測光反射鏡組的入射端相互對應(yīng)，M為大于等于O的偶數(shù)，首端探測光反射鏡 組位于探測光1/4波片的后端，末端探測光反射鏡組位于第二探測光反射裝置的前端，且奇數(shù)位的探測光反射鏡組設(shè)置于所述的線性平移臺上，偶數(shù)位的探測光反射鏡組設(shè)置于線性平移臺外。所述的第一泵浦光反射裝置、第二泵浦光反射裝置、第一探測光反射裝置和第二探測光反射裝置均選用激光高反鏡。一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描方法，包括以下步驟
(1)、泵浦光束依次經(jīng)過泵浦光偏振分光裝置和泵浦光1/4波片后入射到放置于線性平移臺上的泵浦光反射鏡組，泵浦光為線偏振光，偏振方向設(shè)置為對偏振分光裝置處于透射狀態(tài)，然后經(jīng)由泵浦光反射鏡組出射的泵浦光束入射到第二泵浦光反射裝置上，且泵浦光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二泵浦光反射裝置反射后的泵浦光束沿原路返回，再次經(jīng)過泵浦光反射鏡組、泵浦光1/4波片和泵浦光偏振分光裝置，并從泵浦光偏振分光裝置的反射端輸出；
(2)、探測光束依次經(jīng)過探測光偏振分光裝置和探測光1/4波片后入射到放置于線性平移臺上的探測光反射鏡組，探測光為線偏振光，偏振方向設(shè)置為對偏振分光裝置處于透射狀態(tài)，然后經(jīng)由探測光反射鏡組出射的探測光束入射到第二探測光反射裝置上，且探測光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二探測光反射裝置反射后的探測光束沿原路返回，再次經(jīng)過探測光反射鏡組、探測光1/4波片和探測光偏振分光裝置，并從探測光偏振分光裝置的反射端輸出；
(3)、當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光入射方向平移N米時，則泵浦光束的光程增加4N米，探測光束的的光程減小4N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 8N米；當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光出射方向平移N米時，則泵浦光束的光程減小4N米，探測光束的的光程增加4N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 8N米；
一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描方法，包括以下步驟
(I)、泵浦光束依次經(jīng)過泵浦光偏振分光裝置和泵浦光1/4波片后入射到首端泵浦光反射鏡組，然后依次經(jīng)過所有的泵浦光反射鏡組由末端泵浦光反射鏡組出射的泵浦光束入射到第二泵浦光反射裝置上，且泵浦光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二泵浦光反射裝置反射后的泵浦光束沿原路返回，再次經(jīng)過所有的泵浦光反射鏡組、泵浦光1/4波片和泵浦光偏振分光裝置，并從泵浦光偏振分光裝置的反射端輸出；
(2)、探測光束依次經(jīng)過探測光偏振分光裝置和探測光1/4波片后入射到首端的探測光反射鏡組，然后依次經(jīng)過所有的探測光反射鏡組由末端探測光反射鏡組出射的探測光束入射到第二探測光反射裝置上，且探測光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二探測光反射裝置反射后的探測光束沿原路返回，再次經(jīng)過所有探測光反射鏡組、探測光1/4波片和探測光偏振分光裝置，并從探測光偏振分光裝置的反射端輸出；
(3)、當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光入射方向平移N米時，則泵浦光束的光程增加(2M+2)N米，探測光束的的光程減小(2M+2)N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 4 (M+1)N米；當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光出射方向平移N米時，則泵浦光束的光程減少(2M+2)N米，探測光束的的光程增加(2M+2)N米，即泵浦光束與探測光束之間 的光程差改變了 4 (M+1)N米。本發(fā)明的優(yōu)點為
(1)、本發(fā)明通過同時對泵浦光束和探測光束進行光學(xué)延遲掃描，在泵浦光束光程增加的同時，探測光束的光程相應(yīng)的減小，解決了時域泵浦探測中光學(xué)延遲掃描范圍受線性平移臺移動范圍限制的問題，大幅降低對線性平移臺行程的要求，或者在線性平移臺行程不變的情況下，大幅提高光學(xué)延遲掃描范圍；
(2)、本發(fā)明將光學(xué)反射鏡組和探測光偏振分光裝置、探測光1/4波片、光反射裝置組合使用，或同時設(shè)置多個光學(xué)延遲裝置，使光束的光程減小或增加量是線性平移臺移動路程的多倍，從而進一步降低對線性平移臺行程的要求，或者在線性平移臺行程不變的情況下，大幅提高光學(xué)延遲掃描范圍。


圖I是現(xiàn)有的時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置。圖2是本發(fā)明實施例I中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例2中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例I
一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，包括線性平移臺6，設(shè)置于線性平移臺6上背靠背設(shè)置的泵浦光反射鏡組4和探測光反射鏡組10，順次設(shè)置于泵浦光反射鏡組4前端的第一泵浦光高反鏡I、泵浦光偏振分光裝置2和泵浦光1/4波片3，設(shè)置于泵浦光反射鏡組4后端的第二泵浦光高反鏡5，順次設(shè)置于探測光反射鏡組10前端的第一探測光高反鏡7、探測光偏振分光裝置8和探測光1/4波片9，設(shè)置于探測光反射鏡組10后端的第二探測光高反鏡11 ;泵浦光反射鏡組4的光入射(出射)方向與探測光反射鏡組10的光出射(入射)方向一致，且兩者設(shè)置方向均保證其光入射或出射方向與線性平移臺6的移動方向一致。一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描方法，包括以下步驟(1)、泵浦光束依次經(jīng)過第一泵浦光高反鏡I、泵浦光偏振分光裝置2和泵浦光1/4波片3后入射到放置于線性平移臺6上的泵浦光反射鏡組4上，然后由泵浦光反射鏡組4出射的泵浦光束入射到第二泵浦光高反鏡5上，且泵浦光反射鏡組4的光入射或出射方向與線性平移臺6的移動方向一致，最后經(jīng)第二泵浦光高反鏡5反射后的泵浦光束沿原路返回，再次經(jīng)過泵浦光反射鏡組4、泵浦光1/4波片3和泵浦光偏振分光裝置2，并從泵浦光偏振分光裝置2的反射端輸出；
(2)、探測光束依次經(jīng)過第一探測光高反鏡7、探測光偏振分光裝置8和探測光1/4波片9后入射到放置于線性平移臺6上的探測光反射鏡組10上，然后由探測光反射鏡組10出射的探測光束入射到第二探測光高反鏡11上，且探測光反射鏡組10的光入射或出射方向與線性平移臺6的移動方向一致，最后經(jīng)第二探測光高反鏡11反射后的探測光束沿原路返回，再次經(jīng)過探測光反射鏡組10、探測光1/4波片9和探測光偏振分光裝置8，并從探測光偏振分光裝置8的反射端輸出；
(3)、當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光入射(出射)方向平移N米時，則泵浦光束的·光程增加(減小)4N米，探測光束的的光程減小(增加)4N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 8N米。實施例2
一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，包括線性平移臺8，三個順次設(shè)置的泵浦光反射鏡組4、5、6，三個順次設(shè)置的探測光反射鏡組12、13、14，順次設(shè)置于首端泵浦光反射鏡組4前端的第一泵浦光高反鏡I、泵浦光偏振分光裝置2和泵浦光1/4波片3，設(shè)置于末端泵浦光反射鏡組6后端的第二泵浦光高反鏡7，順次設(shè)置于首端探測光反射鏡組12前端的第一探測光高反鏡9、探測光偏振分光裝置10和探測光1/4波片11，設(shè)置于末端探測光反射鏡組14后端的第二探測光高反鏡15 ；
首端泵浦光反射鏡組4、末端泵浦光反射鏡組6、首端探測光反射鏡組12和末端探測光反射鏡組14均設(shè)置于線性平移臺8上，中間的泵浦光反射鏡組5設(shè)置于線性平移臺8外且其光入射端相對首端泵浦光反射鏡組4的光出射端，其光出射端相對末端泵浦光反射鏡組6的光入射端，中間的探測光反射鏡組13設(shè)置于線性平移臺8外且其光入射端相對首端探測光反射鏡組12的光出射端，其光出射端相對末端探測光反射鏡組14的光入射端；首端泵浦光反射鏡組4的光入射方向與首端探測光反射鏡組12的光出射方向一致,且兩者設(shè)置方向均保證其光入射或出射方向與線性平移臺8的移動方向一致。一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描方法，包括以下步驟
(1)、泵浦光束依次經(jīng)過第一泵浦光高反鏡I、泵浦光偏振分光裝置2和泵浦光1/4波片3后入射到首端泵浦光反射鏡組4上，然后依次經(jīng)過三個泵浦光反射鏡組4、5、6由末端泵浦光反射鏡組6出射的泵浦光束入射到第二泵浦光高反鏡7上，最后經(jīng)第二泵浦光高反鏡反射后的泵浦光束沿原路返回，再次經(jīng)過三個泵浦光反射鏡組6、5、4、泵浦光1/4波片3和泵浦光偏振分光裝置2，并從泵浦光偏振分光裝置2的反射端輸出；
(2)、探測光束依次經(jīng)過第一探測光高反鏡9、探測光偏振分光裝置10和探測光1/4波片11后入射到首端探測光反射鏡組12上，然后依次經(jīng)過三個探測光反射鏡組12、13、14由末端探測光反射鏡組14出射的探測光束入射到第二探測光高反鏡15上，最后經(jīng)第二探測光高反鏡15反射后的探測光束沿原路返回，再次經(jīng)過三個探測光反射鏡組14、13、12、探測光1/4波片11和探測光偏振分光裝置10，并從探測光偏振分光裝置10的反射端輸出；
(3)、當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光入射(出射)方向平移N米時，則泵浦光束的光程增加(減少)(2M+2) N米，探測光束的的光程減小(增力口)(2M+2)N米；即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 4 (M+1)N米。經(jīng)過以上光學(xué)延遲掃描裝置的泵浦光和探測光再分別經(jīng)過各自的光路后到達待測樣品，通過進行平移臺掃描完成時域泵浦探測的測量。在應(yīng)用時域泵浦探測技術(shù)進行分子或電子等的動力學(xué)檢測時，使用本發(fā)明可以大大增加檢測的時域范圍或提高掃描檢測的速度。在使用本發(fā)明進行太赫茲時域光譜檢測時，可以大大提高在頻域上的光譜分辨率，因此具有很高的實用性?！?br> 權(quán)利要求
1.一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，包括線性平移臺和反射鏡組，其特征在于所述的反射鏡組包括有設(shè)置于線性平移臺上的背靠背設(shè)置的泵浦光反射鏡組和探測光反射鏡組，即泵浦光反射鏡組的光入射方向與探測光反射鏡組的光出射方向一致，，且兩者設(shè)置方向均保證其光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，其特征在于所述的光學(xué)延遲掃描裝置還包括有順次設(shè)置于泵浦光反射鏡組前端的泵浦光偏振分光裝置和泵浦光1/4波片，設(shè)置于泵浦光反射鏡組后端的第二泵浦光反射裝置，順次設(shè)置于探測光反射鏡組前端的探測光偏振分光裝置和探測光1/4波片，設(shè)置于探測光反射鏡組后端的第二探測光反射裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，其特征在于所述的泵浦光偏振分光裝置的前端設(shè)置有第一泵浦光反射裝置；所述的探測光偏振分光裝置的前端設(shè)置有第一探測光反射裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，其特征在于所述的泵浦光反射鏡組為M+1個，且相鄰的兩個泵浦光反射鏡組中的一個的出射端和另一泵浦光反射鏡組的入射端相互對應(yīng)，M為大于等于O的偶數(shù)，首端的泵浦光反射鏡組位于泵浦光1/4波片后端，末端泵浦光反射鏡組位于第二泵浦光反射裝置的前端，且奇數(shù)位的泵浦光反射鏡組設(shè)置于所述的線性平移臺上，偶數(shù)位的泵浦光反射鏡組設(shè)置于線性平移臺外；所述的探測光反射鏡組為M+1個，且相鄰的兩個探測光反射鏡組中的一個的出射端和另一探測光反射鏡組的入射端相互對應(yīng)，M為大于等于O的偶數(shù)，首端探測光反射鏡組位于探測光1/4波片的后端，末端探測光反射鏡組位于第二探測光反射裝置的前端，且奇數(shù)位的探測光反射鏡組設(shè)置于所述的線性平移臺上，偶數(shù)位的探測光反射鏡組設(shè)置于線性平移臺外。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置，其特征在于所述的第一泵浦光反射裝置、第二泵浦光反射裝置、第一探測光反射裝置和第二探測光反射裝置均選用激光高反鏡。
6.一種權(quán)利要求2所述的時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置的掃描方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、泵浦光束依次經(jīng)過泵浦光偏振分光裝置和泵浦光1/4波片后入射到放置于線性平移臺上的泵浦光反射鏡組，泵浦光為線偏振光，偏振方向設(shè)置為對偏振分光裝置處于透射狀態(tài)，然后經(jīng)由泵浦光反射鏡組出射的泵浦光束入射到第二泵浦光反射裝置上，且泵浦光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二泵浦光反射裝置反射后的泵浦光束沿原路返回，再次經(jīng)過泵浦光反射鏡組、泵浦光1/4波片和泵浦光偏振分光裝置，并從泵浦光偏振分光裝置的反射端輸出； (2)、探測光束依次經(jīng)過探測光偏振分光裝置和探測光1/4波片后入射到放置于線性平移臺上的探測光反射鏡組，探測光為線偏振光，偏振方向設(shè)置為對偏振分光裝置處于透射狀態(tài)，然后經(jīng)由探測光反射鏡組出射的探測光束入射到第二探測光反射裝置上，且探測光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二探測光反射裝置反射后的探測光束沿原路返回，再次經(jīng)過探測光反射鏡組、探測光1/4波片和探測光偏振分光裝置，并從探測光偏振分光裝置的反射端輸出； (3)、當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光入射方向平移N米時，則泵浦光束的光程增加4N米，探測光束的的光程減小4N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 8N米；當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光出射方向平移N米時，則泵浦光束的光程減小4N米，探測光束的的光程增加4N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 8N米。
7.—種權(quán)利要求4所述的時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置的掃描方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、泵浦光束依次經(jīng)過泵浦光偏振分光裝置和泵浦光1/4波片后入射到首端泵浦光反射鏡組，然后依次經(jīng)過所有的泵浦光反射鏡組由末端泵浦光反射鏡組出射的泵浦光束入射到第二泵浦光反射裝置上，且泵浦光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二泵浦光反射裝置反射后 的泵浦光束沿原路返回，再次經(jīng)過所有的泵浦光反射鏡組、泵浦光1/4波片和泵浦光偏振分光裝置，并從泵浦光偏振分光裝置的反射端輸出； (2)、探測光束依次經(jīng)過探測光偏振分光裝置和探測光1/4波片后入射到首端的探測光反射鏡組，然后依次經(jīng)過所有的探測光反射鏡組由末端探測光反射鏡組出射的探測光束入射到第二探測光反射裝置上，且探測光反射鏡組的光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致，最后經(jīng)第二探測光反射裝置反射后的探測光束沿原路返回，再次經(jīng)過所有探測光反射鏡組、探測光1/4波片和探測光偏振分光裝置，并從探測光偏振分光裝置的反射端輸出； (3)、當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光入射方向平移N米時，則泵浦光束的光程增加(2M+2)N米，探測光束的的光程減小(2M+2)N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 4 (M+1)N米；當(dāng)線性平移臺沿泵浦光反射鏡組的光出射方向平移N米時，則泵浦光束的光程減少(2M+2)N米，探測光束的的光程增加(2M+2)N米，即泵浦光束與探測光束之間的光程差改變了 4 (M+1)N米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種時域泵浦探測的光學(xué)延遲掃描裝置及方法，光學(xué)延遲掃描裝置包括線性平移臺、設(shè)置于線性平移臺上的背靠背設(shè)置的泵浦光反射鏡組和探測光反射鏡組，且泵浦光反射鏡組和探測光反射鏡組設(shè)置方向均保證其光入射或出射方向與線性平移臺的移動方向一致。本發(fā)明在進行時域泵浦探測時，同時對泵浦光束和探測光束進行光學(xué)延遲掃描，解決了時域泵浦探測中光學(xué)延遲掃描范圍受線性平移臺移動范圍限制的問題，大幅降低對線性平移臺行程的要求，或者在線性平移臺行程不變的情況下，大幅提高光學(xué)延遲掃描范圍。
文檔編號G01N21/17GK102954839SQ20121044997
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者陳堅, 吳周令 申請人:合肥知常光電科技有限公司