一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统

1.本发明涉及光学检测领域，特别涉及一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统。


背景技术：

2.激光泵浦-探测技术是利用两束有延时变化的超短激光脉冲序列对样品中发生的一个超快物理过程进行不同时刻的多次探测，其中一束激光脉冲作为泵浦光。用于对样品的热学过程激发或光学过程激发，另一束激光脉冲作为探测光，对样品被泵浦光激发的响应进行探测，飞秒激光器是目前最适合作为泵浦-探测技术的光源，泵浦光和探测光可以来自不同的光源，但常用的一种方法是通常对激光器的出射光进行分束来获得泵浦光和探测光。
3.为了使样品对探测光的响应很小，不足以影响探测结果，探测光的强度一般远小于泵浦光，大约为泵浦光的1/100，导致在试验过程中探测光很难被探测到，同时又由于探测光和泵浦光常常以不同的入射角聚焦在样品表面，经样品反射后的泵浦光被阻断，而探测光经样品反射后进入光探测器中，由于探测光的强度较低，当改变探测光的入射角时，需要反复调试入射光线路上的起偏棱镜和透镜，以及反射光线路上的检偏棱镜和透镜，才能才探测到探测光，且由于探测光的强度较弱，导致其入射角难以探测，这也给调试器材带来了很大困难。为此，我们提出一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统，通过设有的步进电机、推杆、角度调节臂、起偏模块和检偏模块，可以快速的确定探测光线的入射角和反射角，同时便于在不同反射角条件下探测样品的克尔角，简化了反射光线路上的光学器件的调节过程，便于实际操作，可以有效解决背景技术中的问题。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统，包括用于降低光学噪声的光学减震平台和用于调节入射角的丝杆，所述丝杆的两端分别连接有用于固定样品的样品架和用于驱动丝杆转动的步进电机，且样品架和步进电机均安装固定在光学减震平台上端，所述步进电机驱动丝杆转动，且在丝杆的外侧滑动连接有滑座，所述滑座的外侧转动连接有一组对称设置的推杆，所述推杆的另一端转动连接有角度调节臂，所述角度调节臂的端部通过滑槽分别连接有起偏模块和检偏模块，且角度调节臂的一端可围绕样品架的中心垂线进行转动。
6.进一步的，所述起偏模块和检偏模块的外部均由一组可相对滑动且同轴线的伸缩筒构成，在起偏模块的伸缩筒内部沿光线传播方向依次设有光阑和起偏棱镜，且起偏棱镜可在伸缩筒内部自由转动。
7.进一步的，所述检偏模块的伸缩筒内部沿光线传播方向依次设有光阑、检偏棱镜和透镜，且检偏棱镜可在伸缩筒内部自由转动。
8.进一步的，所述样品架上端对称安装有电磁铁，所述电磁铁通过d/a转换器与控制微机连接，所述控制微机连接有a/d转换器和驱动器，所述a/d转换器连接有光电探测器，所述光电探测器安装在位于样品架左侧的角度调节臂上，且与角度调节臂滑动连接，所述驱动器与步进电机连接。
9.进一步的，所述光学减震平台上端安装有飞秒脉冲器，且在飞秒脉冲器的脉冲信号传播路线上设有分光镜，所述分光镜将飞秒脉冲器的脉冲信号分成探测光路和泵浦光路，在探测光路上设置有反射板，且探测光路通过反射板进行反射后以与伸缩筒轴线平行状态进入起偏模块中，在泵浦光路上设有太赫兹发生器和透镜，且泵浦光经过反射板反射后进入太赫兹发生器，利用飞秒脉冲器产生的飞秒脉冲信号经过光栅波前反射后，激发linbo3晶体产生太赫兹脉冲。
10.进一步的，该装置的使用步骤如下：步骤一，固定角度调节臂，并使用角度仪测得两侧角度调节臂的初始夹角，由飞秒脉冲器发出的飞秒激光脉冲通过分光镜分成泵浦和探测两路光，泵浦光经反射板反射后进入太赫兹发生器中，借助linbo3晶体太赫兹发射技术，利用飞秒脉冲器产生的飞秒脉冲信号经过光栅波前反射后，激发linbo3晶体产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲经反射板反射后，穿过位于样品架上侧的透镜后照射在样品表面；步骤二，由分光镜分成的探测光经过两级反射板反射后，沿与位于样品架右侧的角度调节臂平行的状态依次穿过光阑和起偏棱镜后照射在样品表面上，经样品表面反射的探测光沿与位于样品架左侧的角度调节臂平行的状态通过光阑，然后依次通过检偏棱镜和透镜后进入光电探测器，光电探测器将探测到的光信号通过a/d转换器转换为电信号，控制微机对电信号进行处理后输出光谱图像；步骤三，通过控制微机设定脉冲数值，并通过驱动器驱动步进电机运转，并带动丝杆转动，丝杆带动外侧的滑座沿丝杆的轴向直线移动，从而带动推杆转动，推杆推动角度调节臂围绕与样品架连接的转动轴转动，改变角度调节臂之间的夹角值，并获取在此夹角状态下的光谱图像。
11.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1）通过设有的步进电机、推杆和角度调节臂，步进电机在驱动器的脉冲驱动下运转，并带动丝杆转动，丝杆带动外侧的滑座沿丝杆的轴向直线移动，从而带动推杆转动，推杆推动角度调节臂围绕与样品架连接的转动轴转动，测得两侧角度调节臂的初始夹角后，只需通过控制微机设定驱动器输出的脉冲信号即可实现角度调节臂之间夹角的精确调节，从而可以快速的确定探测光线的入射角和反射角，同时便于在不同反射角条件下探测样品的克尔角；2）通过设有的起偏模块和检偏模块，将入射光路线上的起偏棱镜和辅助光学器件以及反射光路线上的检偏棱镜和辅助光学器件集中安装在可伸缩的伸缩筒内部，不仅便于各光学器件的安装，同时当入射角确定后，无需再大幅度的调节反射光路线上的光学仪器的位置，只需转动检偏棱镜和起偏棱镜，以调节起偏角和检偏角即可，简化了反射光线路上的光学器件的调节过程，便于实际操作；3）通过设有的太赫兹发生器，借助linbo3晶体太赫兹发射技术，利用飞秒脉冲器产生的飞秒脉冲信号经过光栅波前反射后，激发linbo3晶体产生太赫兹脉冲，提高了太赫
兹时域光谱系统中太赫兹源脉冲的能量，有利于激发和探测待测样品微观粒子的物理特征。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统的整体结构示意图；图2为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统丝杆的连接结构示意图；图3为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统起偏模块的结构示意图；图4为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统检偏模块的结构示意图；图5为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统太赫兹发生器的结构原理图；图6为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统起偏模块的截面结构示意图；图7为本发明一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统检偏模块的截面结构示意图。
14.图中：1、光学减震平台；2、丝杆；3、样品架；4、步进电机；5、滑座；6、推杆；7、角度调节臂；8、起偏模块；9、检偏模块；10、伸缩筒；11、光阑；12、起偏棱镜；13、检偏棱镜；14、透镜；15、电磁铁；16、d/a转换器；17、控制微机；18、a/d转换器；19、驱动器；20、光电探测器；21、飞秒脉冲器；22、分光镜；23、反射板；24、太赫兹发生器。
具体实施方式
15.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
16.实施例1如图1-7所示，一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统，包括光学减震平台1和丝杆2，丝杆2的两端分别连接有样品架3和步进电机4，且样品架3和步进电机4均安装固定在光学减震平台1上端，步进电机4驱动丝杆2转动，且在丝杆2的外侧滑动连接有滑座5，滑座5的外侧转动连接有一组对称设置的推杆6，推杆6的另一端转动连接有角
度调节臂7，角度调节臂7的端部通过滑槽分别连接有起偏模块8和检偏模块9，且角度调节臂7的一端可围绕样品架3的中心垂线进行转动。
17.样品架3上端对称安装有电磁铁15，电磁铁15通过d/a转换器16与控制微机17连接，控制微机17连接有a/d转换器18和驱动器19，a/d转换器18连接有光电探测器20，光电探测器20安装在位于样品架3左侧的角度调节臂7上，且与角度调节臂7滑动连接，驱动器19与步进电机4连接。
18.通过采用上述技术方案：通过设有的步进电机4、推杆6和角度调节臂7，步进电机4在驱动器19的脉冲驱动下运转，并带动丝杆2转动，丝杆2带动外侧的滑座5沿丝杆2的轴向直线移动，从而带动推杆6转动，推杆6推动角度调节臂7围绕与样品架3连接的转动轴转动，测得两侧角度调节臂7的初始夹角后，只需通过控制微机17设定驱动器19输出的脉冲信号即可实现角度调节臂7之间夹角的精确调节，从而可以快速的确定探测光线的入射角和反射角，同时便于在不同反射角条件下探测样品的克尔角。
19.实施例2如图1-7所示，一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统，包括光学减震平台1和丝杆2，丝杆2的两端分别连接有样品架3和步进电机4，且样品架3和步进电机4均安装固定在光学减震平台1上端，步进电机4驱动丝杆2转动，且在丝杆2的外侧滑动连接有滑座5，滑座5的外侧转动连接有一组对称设置的推杆6，推杆6的另一端转动连接有角度调节臂7，角度调节臂7的端部通过滑槽分别连接有起偏模块8和检偏模块9，且角度调节臂7的一端可围绕样品架3的中心垂线进行转动。
20.起偏模块8和检偏模块9的外部均由一组可相对滑动且同轴线的伸缩筒10构成，在起偏模块8的伸缩筒10内部沿光线传播方向依次设有光阑11和起偏棱镜12，且起偏棱镜12可在伸缩筒10内部自由转动。
21.检偏模块9的伸缩筒10内部沿光线传播方向依次设有光阑11、检偏棱镜13和透镜14，且检偏棱镜13可在伸缩筒10内部自由转动。
22.通过采用上述技术方案：通过设有的起偏模块8和检偏模块9，将入射光路线上的起偏棱镜12和辅助光学器件以及反射光路线上的检偏棱镜13和辅助光学器件集中安装在可伸缩的伸缩筒10内部，不仅便于各光学器件的安装，同时当入射角确定后，无需再大幅度的调节反射光路线上的光学仪器的位置，只需转动检偏棱镜13和起偏棱镜12，以调节起偏角和检偏角即可，简化了反射光线路上的光学器件的调节过程，便于实际操作。
23.实施例3如图1-7所示，一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统，包括光学减震平台1和丝杆2，丝杆2的两端分别连接有样品架3和步进电机4，且样品架3和步进电机4均安装固定在光学减震平台1上端，步进电机4驱动丝杆2转动，且在丝杆2的外侧滑动连接有滑座5，滑座5的外侧转动连接有一组对称设置的推杆6，推杆6的另一端转动连接有角度调节臂7，角度调节臂7的端部通过滑槽分别连接有起偏模块8和检偏模块9，且角度调节臂7的一端可围绕样品架3的中心垂线进行转动。
24.光学减震平台1上端安装有飞秒脉冲器21，且在飞秒脉冲器21的脉冲信号传播路线上设有分光镜22，分光镜22将飞秒脉冲器21的脉冲信号分成探测光路和泵浦光路，在探测光路上设置有反射板23，且探测光路通过反射板23进行反射后以与伸缩筒10轴线平行状
态进入起偏模块8中，在泵浦光路上设有太赫兹发生器24和透镜14，且泵浦光经过反射板23反射后进入太赫兹发生器24。
25.通过采用上述技术方案：通过设有的太赫兹发生器24，借助linbo3晶体太赫兹发射技术，利用飞秒脉冲器21产生的飞秒脉冲信号经过光栅波前反射后，激发linbo3晶体产生太赫兹脉冲，提高了太赫兹时域光谱系统中太赫兹源脉冲的能量，有利于激发和探测待测样品微观粒子的物理特征。
26.需要说明的是，本发明为一种基于光泵浦-太赫兹法拉第旋转探测的太赫兹磁光实验系统，在使用时，固定角度调节臂7，并使用角度仪测得两侧角度调节臂7的初始夹角，由飞秒脉冲器21发出的飞秒激光脉冲通过分光镜22分成泵浦和探测两路光，泵浦光经反射板反射后进入太赫兹发生器24中，借助linbo3晶体太赫兹发射技术，利用飞秒脉冲器21产生的飞秒脉冲信号经过光栅波前反射后，激发linbo3晶体产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲经反射板反射后，穿过位于样品架上侧的透镜后照射在样品表面，由分光镜22分成的探测光经过两级反射板23反射后，沿与位于样品架3右侧的角度调节臂7平行的状态依次穿过光阑11和起偏棱镜12后照射在样品表面上，经样品表面反射的探测光沿与位于样品架3左侧的角度调节臂7平行的状态通过光阑11，然后依次通过检偏棱镜13和透镜14后进入光电探测器20，光电探测器20将探测到的光信号通过a/d转换器18转换为电信号，控制微机17对电信号进行处理后输出光谱图像，通过控制微机17设定脉冲数值，并通过驱动器19驱动步进电机4运转，并带动丝杆2转动，丝杆2带动外侧的滑座5沿丝杆2的轴向直线移动，从而带动推杆6转动，推杆6推动角度调节臂7围绕与样品架3连接的转动轴转动，从而改变角度调节臂7之间的夹角值，并获取在此夹角状态下的光谱图像。
27.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。