專利名稱：一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制紅外光譜裝置的系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)出現(xiàn)的飛秒激光二維紅外光譜技術(shù)，是分子體系在時(shí)域中的三束超快紅外激光脈沖作用下所產(chǎn)生的受激振動(dòng)光子回波響應(yīng)經(jīng)二維傅里葉變換后在二維頻域中的表達(dá)。它作為一種新穎的前沿光譜學(xué)手段，具有以飛秒時(shí)間分辨率測(cè)定凝聚相分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的能力。二維紅外光譜技術(shù)是一種新興的分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)檢測(cè)手段，目前還沒(méi)有商品化的儀器，其核心光路和整套裝置都需要在實(shí)驗(yàn)室中自行搭建?？刂乒饴分兄饕考膮f(xié)調(diào)運(yùn)作和光譜數(shù)據(jù)的采集及分析處理，是二維紅外光譜裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一套簡(jiǎn)單易行、高效智能的控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠全智能化綜合協(xié)調(diào)控制多種部件的飛秒激光二維紅外光譜裝置的控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，它包括有一飛秒激光器、一分光器件、若干反射鏡、若干對(duì)角反射鏡、總反射鏡、聚焦鏡、樣品池、單色儀和紅外陣列檢測(cè)器，每一對(duì)所述角反射鏡均固定設(shè)置在一電動(dòng)平移臺(tái)上；所述飛秒激光器發(fā)射飛秒激光到所述分光器件，所述分光器件將飛秒激光等分成若干束并將其分別發(fā)送到各所述反射鏡，經(jīng)各所述反射鏡反射的光垂直發(fā)射到各對(duì)角反射鏡，每一對(duì)所述角反射鏡將飛秒激光反射后又經(jīng)所述總反射鏡反射到所述聚焦鏡，所述聚焦鏡將各光束聚焦到所述樣品池，經(jīng)所述樣品池出射的信號(hào)光經(jīng)所述單色儀發(fā)送到所述紅外陣列檢測(cè)器；其特征在于:它還包括一計(jì)算機(jī)和一數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡采集由所述紅外陣列檢測(cè)器接收的多通道脈沖光譜信號(hào)，并將其發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置一控制系統(tǒng)，它包括一電動(dòng)平移臺(tái)控制單元、一飛秒脈沖積分控制單元、一單色儀控制單元、一數(shù)據(jù)分析處理單元和一信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元；所述電動(dòng)平移臺(tái)控制單元根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制每一所述電動(dòng)平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述單色儀控制單元對(duì)單色儀的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長(zhǎng)進(jìn)行控制；所述飛秒脈沖積分控制單元對(duì)所述數(shù)據(jù)采集卡所采集的信號(hào)進(jìn)行積分、多次累加取平均后分別發(fā)送到所述數(shù)據(jù)分析處理單元和信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元；所述數(shù)據(jù)分析處理單元根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)接收到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理；所述信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元對(duì)所述飛秒脈沖積分控制單元輸出的信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，實(shí)驗(yàn)者根據(jù)信號(hào)的信噪比監(jiān)測(cè)測(cè)試結(jié)果。所述電動(dòng)平移臺(tái)控制單元包括有與所述電動(dòng)平移臺(tái)數(shù)量相同的電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊，每一所述電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊用于控制相應(yīng)的電動(dòng)平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)；每一所述電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊包括一參數(shù)設(shè)置模塊、一 SCAN按鈕和一 STOP按鈕；所述參數(shù)設(shè)置模塊用于對(duì)電動(dòng)平移臺(tái)的歸零位置、當(dāng)前位置、起始位置、移動(dòng)步長(zhǎng)、移動(dòng)加速度和最終位置進(jìn)行設(shè)置，掃描以SCAN按鈕啟動(dòng)，通過(guò)STOP按鈕實(shí)時(shí)中斷掃描操作。所述電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)步長(zhǎng)采用飛秒進(jìn)行顯示。所述紅外陣列檢測(cè)器由一維多通道的碲鎘汞單元所組成。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的控制系統(tǒng)由于設(shè)置有電動(dòng)平移臺(tái)控制單元，電動(dòng)平移臺(tái)控制單元內(nèi)設(shè)置有與電動(dòng)平移臺(tái)數(shù)量相對(duì)應(yīng)的若干電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊，每一電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)平移臺(tái)位置和掃描步長(zhǎng)等功能的選擇和控制，另外，本發(fā)明中的電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)步長(zhǎng)單位在保證精度的前提下可以換算為飛秒進(jìn)行表示，給飛秒激光二維紅外光譜的實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)了極大的方便。2、本發(fā)明由于設(shè)置有單色儀控制單元，因此可以實(shí)現(xiàn)在二維紅外光譜儀的運(yùn)行過(guò)程中對(duì)單色儀的光柵以及光柵波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，滿足不同波段實(shí)驗(yàn)的要求。3、本發(fā)明設(shè)置飛秒脈沖積分控制單元，因此可以實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，所采集的數(shù)據(jù)可以是有樣品和無(wú)樣品時(shí)的穩(wěn)態(tài)光信號(hào)，也可以是樣品在多脈沖激光作用下的受激振動(dòng)光子回波信號(hào)，即瞬態(tài)光信號(hào)。
4、本發(fā)明由于設(shè)置有數(shù)據(jù)分析處理單元，因此可以由所獲得的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)態(tài)一維紅外光譜和瞬態(tài)二維紅外光譜。5、本發(fā)明設(shè)置有信號(hào)實(shí)現(xiàn)顯示單元，因此可以實(shí)時(shí)觀測(cè)所采集的光譜數(shù)據(jù)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于飛秒激光二維光譜裝置的控制過(guò)程中。


圖1是飛秒激光二維紅外光譜裝置的原理示意圖，箭頭方向表示電動(dòng)平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向；圖2是本發(fā)明的控制方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明所涉及的飛秒激光二維紅外光譜裝置包括一飛秒激光器1、一分光器件2、若干反射鏡3、若干對(duì)角反射鏡4、一總反射鏡5、一聚焦鏡6、一樣品池7、一光譜儀8 (本發(fā)明的光譜儀采用單色儀8)和一紅外陣列檢測(cè)器9。每一對(duì)角反射鏡4均固定設(shè)置在一電動(dòng)平移臺(tái)上，每一電動(dòng)平移臺(tái)可以帶動(dòng)相應(yīng)的角反射鏡4進(jìn)行前后運(yùn)動(dòng)，用于改變光程；飛秒激光器I作為紅外光源發(fā)射飛秒脈沖激光到分光器件2，分光器件2將飛秒激光等分成若干束并將其發(fā)送到各反射鏡3，經(jīng)各反射鏡3反射的光垂直發(fā)射到設(shè)置在每一反射鏡3上方的角反射鏡4，每一對(duì)角反射鏡4將飛秒激光反射后又經(jīng)總反射鏡5反射到聚焦鏡6，聚焦鏡6將各光束聚焦到樣品池7，經(jīng)樣品池7出射的信號(hào)光經(jīng)單色儀8發(fā)送到紅外陣列檢測(cè)器9，紅外陣列檢測(cè)器9用于進(jìn)行光譜信號(hào)的探測(cè)。本發(fā)明的紅外陣列檢測(cè)器9可以由一維多通道的碲鎘汞單元所組成，也可以根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的需要，選擇不同波段的單通道或多通道檢測(cè)器，在此不做限制；本發(fā)明的特點(diǎn)在于對(duì)飛秒激光二維紅外光譜裝置的各器件分別進(jìn)行控制，它包括一計(jì)算機(jī)和一數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡采集由紅外陣列檢測(cè)器9接收的多通道脈沖光譜信號(hào)，并將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和顯示。計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有一控制系統(tǒng)，它包括一電動(dòng)平移臺(tái)控制單元、一飛秒脈沖積分控制單元、一單色儀控制單元、一數(shù)據(jù)分析處理單元和一信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元。電動(dòng)平移臺(tái)控制單元包括有與電動(dòng)平移臺(tái)數(shù)量相同的電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊，每一電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊用于控制相應(yīng)的電動(dòng)平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電動(dòng)平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)以改變不同飛秒激光脈沖之間的時(shí)間間隔。每一電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊包括有一參數(shù)設(shè)置模塊、一 SCAN按鈕和一STOP按鈕；參數(shù)設(shè)置模塊用于對(duì)電動(dòng)平移臺(tái)的歸零位置、當(dāng)前位置、起始位置(移動(dòng)初始位置)、移動(dòng)步長(zhǎng)和最終位置(移動(dòng)結(jié)束位置)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并能控制電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)加速度。掃描以SCAN按鈕啟動(dòng)，通過(guò)STOP按鈕實(shí)時(shí)中斷掃描操作。本發(fā)明的電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)步長(zhǎng)在保證精度的前提下可以換算為飛秒進(jìn)行顯示，這樣給飛秒激光二維紅外光譜裝置的實(shí)驗(yàn)操作提供了方便。單色儀控制單元用于對(duì)單色儀8的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長(zhǎng)進(jìn)行控制。飛秒脈沖積分控制單元接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求采集由紅外陣列檢測(cè)器9所接收的多通道脈沖光譜信號(hào)，并對(duì)各通道脈沖信號(hào)進(jìn)行積分、多次累加取平均，以提高信噪比，并將處理后的信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)分析處理單元和信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元；其中，飛秒脈沖積分控制單元接收的數(shù)據(jù)可以是有樣品和無(wú)樣品時(shí)的穩(wěn)態(tài)光信號(hào)，也可以是樣品在多脈沖激光作用下的受激振動(dòng)光子回波信號(hào)，即瞬態(tài)光信號(hào)。數(shù)據(jù)分析處理單元對(duì)接收到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，可以將有樣品和無(wú)樣品兩種多通道光信號(hào)進(jìn)行相除并取對(duì)數(shù)，得到穩(wěn)態(tài)的一維紅外光譜，還可以將樣品在多脈沖激光作用下的瞬態(tài)光信號(hào)進(jìn)行二維傅立葉變換處理，得到瞬態(tài)二維紅外光譜。信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元用于對(duì)飛秒脈沖積分控制單元輸出的光譜信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，實(shí)驗(yàn)者可以根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)的信噪比監(jiān)測(cè)測(cè)試結(jié)果，如果信噪比不高，則在測(cè)試過(guò)程中隨時(shí)改進(jìn)和調(diào)整實(shí)驗(yàn)方法，重新進(jìn)行測(cè)試。判別測(cè)試結(jié)果的好壞的依據(jù)可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明的實(shí)施例所采集的信號(hào)數(shù)據(jù)的信噪比小于10%則需要改進(jìn)和調(diào)整實(shí)驗(yàn)方法，重新進(jìn)行測(cè)試。上述實(shí)施例中，本發(fā)明的控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)可以采用LABVIEff軟件環(huán)境進(jìn)行編程并實(shí)現(xiàn)，上述所有控制單元和模塊集中于一個(gè)LABVIEW控制面板中，但是還可以采用其它軟件編程實(shí)現(xiàn)。在此不作限制。如圖2所示，下面通過(guò)一個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明采用本發(fā)明的控制系統(tǒng)對(duì)飛秒激光二維紅外光譜裝置的具體控制過(guò)程:1、將飛秒激光二維紅外光譜裝置的紅外陣列檢測(cè)器9通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡連接計(jì)算機(jī)；2、電動(dòng)平移臺(tái)控制單元的各電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊分別對(duì)各電動(dòng)平移臺(tái)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，確定每一電動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)的步長(zhǎng)，起始位置以及最終的位置；3、單色儀控制單元對(duì)單色儀8進(jìn)行控制，選擇實(shí)驗(yàn)需要的狹縫、光柵以及中心波長(zhǎng)的位置；4、打開(kāi)飛秒激光器1，經(jīng)樣品池7出射的脈沖光信號(hào)經(jīng)單色儀被紅外陣列檢測(cè)器9檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集卡采集紅外陣列檢測(cè)器9各通道的光信號(hào)。5、開(kāi)始測(cè)試時(shí)，首先判斷各電動(dòng)平移臺(tái)控制單元的“SCAN”按鈕是否啟動(dòng)，如果沒(méi)有啟動(dòng)，則是僅僅按照設(shè)定的數(shù)值移動(dòng)電動(dòng)平移臺(tái)到目標(biāo)位置，如果啟動(dòng)，掃描開(kāi)始；6、電動(dòng)平移臺(tái)每移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)，飛秒脈沖積分控制單元將接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行積分、多次累加取平均，并將處理后的信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)分析處理單元和信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元。7、判斷每一個(gè)電動(dòng)平移臺(tái)是否移動(dòng)到設(shè)定的掃描最終位置，如果是，則結(jié)束信號(hào)采集；如果不是，則判斷是否啟動(dòng)“STOP”按鈕，如果是啟動(dòng)“STOP”按鈕，則結(jié)束測(cè)試；如果不是，則重復(fù)6 7繼續(xù)測(cè)試。8、信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元實(shí)時(shí)顯示樣品池7出射的脈沖光信號(hào)，實(shí)驗(yàn)者可以根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和應(yīng)有特征對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證實(shí)驗(yàn)正確進(jìn)行。9、數(shù)據(jù)分析處理單元對(duì)接收到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可以將有樣品和無(wú)樣品兩種多通道光信號(hào)進(jìn)行相除并取對(duì)數(shù)，可以得到穩(wěn)態(tài)的一維紅外光譜，也可以根據(jù)需要得到瞬態(tài)光信號(hào)的二維紅外光譜。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各實(shí)施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，它包括有一飛秒激光器、一分光器件、若干反射鏡、若干對(duì)角反射鏡、總反射鏡、聚焦鏡、樣品池、單色儀和紅外陣列檢測(cè)器，每一對(duì)所述角反射鏡均固定設(shè)置在一電動(dòng)平移臺(tái)上；所述飛秒激光器發(fā)射飛秒激光到所述分光器件，所述分光器件將飛秒激光等分成若干束并將其分別發(fā)送到各所述反射鏡，經(jīng)各所述反射鏡反射的光垂直發(fā)射到各對(duì)角反射鏡，每一對(duì)所述角反射鏡將飛秒激光反射后又經(jīng)所述總反射鏡反射到所述聚焦鏡，所述聚焦鏡將各光束聚焦到所述樣品池，經(jīng)所述樣品池出射的信號(hào)光經(jīng)所述單色儀發(fā)送到所述紅外陣列檢測(cè)器；其特征在于:它還包括一計(jì)算機(jī)和一數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡采集由所述紅外陣列檢測(cè)器接收的多通道脈沖光譜信號(hào)，并將其發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)； 所述計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置一控制系統(tǒng)，它包括一電動(dòng)平移臺(tái)控制單元、一飛秒脈沖積分控制單元、一單色儀控制單元、一數(shù)據(jù)分析處理單元和一信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元;所述電動(dòng)平移臺(tái)控制單元根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制每一所述電動(dòng)平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述單色儀控制單元對(duì)單色儀的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長(zhǎng)進(jìn)行控制；所述飛秒脈沖積分控制單元對(duì)所述數(shù)據(jù)采集卡所采集的信號(hào)進(jìn)行積分、多次累加取平均后分別發(fā)送到所述數(shù)據(jù)分析處理單元和信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元；所述數(shù)據(jù)分析處理單元根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)接收到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理；所述信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元對(duì)所述飛秒脈沖積分控制單元輸出的信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，實(shí)驗(yàn)者根據(jù)信號(hào)的信噪比監(jiān)測(cè)測(cè)試結(jié)果。
2.按權(quán)利要求1所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述電動(dòng)平移臺(tái)控制單元包括有與所述電動(dòng)平移臺(tái)數(shù)量相同的電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊，每一所述電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊用于控制相應(yīng)的電動(dòng)平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)；每一所述電動(dòng)平移臺(tái)子控制模塊包括一參數(shù)設(shè)置模塊、一 SCAN按鈕和一 STOP按鈕；所述參數(shù)設(shè)置模塊用于對(duì)電動(dòng)平移臺(tái)的歸零位置、當(dāng)前位置、起始位置、移動(dòng)步長(zhǎng)、移動(dòng)加速度和最終位置進(jìn)行設(shè)置，掃描以SCAN按鈕啟動(dòng)，通過(guò)STOP按鈕實(shí)時(shí)中斷掃描操作。
3.按權(quán)利要求1或2所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)步長(zhǎng)采用飛秒進(jìn)行顯示。
4.按權(quán)利要求1或2所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外陣列檢測(cè)器由一維多通道的碲鎘汞單元所組成。
5.按權(quán)利要求3所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外陣列檢測(cè)器由一維多通道的碲鎘汞單元所組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于它包括計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡采集由紅外陣列檢測(cè)器接收的多通道脈沖光譜信號(hào)，并將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置控制系統(tǒng)，它包括電動(dòng)平移臺(tái)控制單元、飛秒脈沖積分控制單元、單色儀控制單元、數(shù)據(jù)分析處理單元和信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元；電動(dòng)平移臺(tái)控制單元根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制電動(dòng)平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)；單色儀控制單元對(duì)單色儀的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長(zhǎng)進(jìn)行控制；飛秒脈沖積分控制單元并對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行積分、多次累加后分別發(fā)送到數(shù)據(jù)分析處理單元和信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元；數(shù)據(jù)分析處理單元對(duì)接收到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理；信號(hào)實(shí)時(shí)顯示單元用于對(duì)飛秒脈沖積分控制單元輸出的信號(hào)實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于飛秒激光二維光譜裝置的控制過(guò)程中。
文檔編號(hào)G01N21/25GK103091260SQ201310040788
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者王建平, 楊帆, 馬肖燕, 于鵬云 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所