一种飞秒折叠式BOXCARS信号的产生装置

一种飞秒折叠式boxcars信号的产生装置
技术领域
1.本实用新型属于非线性光谱技术领域，具体涉及一种紧凑型多维时间分辨的飞秒折叠式boxcars信号的产生装置。


背景技术：

2.由于飞秒cars具有信号强、灵敏度高、荧光干扰小等特点，并且具有很高的时空分辨率，可以显著的提高探测的准确性与可信度，因此广泛应用于相干控制化学反应、生物显微成像、燃烧测温以及探测分子在飞秒量级内的动力学信息等领域。纵观国内外的研究工作可知，cars光谱技术正朝着更好的信号噪声处理技术、更高的时间分辨率和空间分辨率以及更广泛的应用的方向发展。一些光路系统虽然得到的谱线信息十分丰富，但实验的可操作性与光路调节的难度限制了这类cars技术的应用。其中，折叠式boxcars光路系统是典型代表。折叠式boxcars光路系统的空间分辨率高，在光路调节过程中自由度极高，并且可以提高信噪比，是一种可操作性强且应用广泛的cars光谱技术。但是由于满足折叠式boxcars相位匹配的光路系统搭建复杂，光路调节难度高，实验的重复性低，并且现有的光路系统激发的振动能级不可调，且无法实现多个时间维度检测样品振动能级随时间的演化，因此，设计出一种紧凑型多维时间分辨的飞秒折叠式boxcars信号的产生装置是有必要的。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为解决现有光路系统激发的振动能级不可调，且无法实现多个时间维度检测样品振动能级随时间的演化的问题，而提出了一种飞秒折叠式boxcars信号的产生装置。
4.本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：
5.一种飞秒折叠式boxcars信号的产生装置，所述装置包括第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一光阑、二向色镜、分束镜、第三平面反射镜、第二光阑、第四平面反射镜、第五平面反射镜、第六平面反射镜、第七平面反射镜、第八平面反射镜、第九平面反射镜、第十平面反射镜、第十一平面反射镜、第十二平面反射镜、第三光阑、第十三平面反射镜、第十四平面反射镜、第四光阑、第十五平面反射镜、第十六平面反射镜，其中：
6.第一束飞秒脉冲激光和第二束飞秒脉冲激光分别入射到第一平面反射镜的不同位置；
7.第一束飞秒脉冲激光经第一平面反射镜反射后入射到第二平面反射镜；
8.经第二平面反射镜反射的第一束飞秒脉冲激光垂直入射至第一光阑的中心；
9.经第一光阑透射的光入射至二向色镜；
10.经二向色镜透射的第一束飞秒脉冲激光入射到分束镜；
11.经分束镜反射的光入射到第三平面反射镜；
12.经第三平面反射镜反射的光垂直入射至第二光阑的中心；
13.经第二光阑透射的光入射至第四平面反射镜；
14.经第四平面反射镜反射的光入射到第五平面反射镜，再经第五平面反射镜出射；
15.经分束镜透射的光入射到第六平面反射镜；
16.经第六平面反射镜反射的光入射到第七平面反射镜；
17.经第七平面反射镜反射的光入射到第八平面反射镜；
18.经第八平面反射镜反射的光入射到第九平面反射镜；
19.经第九平面反射镜反射的光入射到第十平面反射镜；
20.经第十平面反射镜反射的光入射到第十一平面反射镜，再经第十一平面反射镜出射；
21.第二束飞秒脉冲激光经第一平面反射镜反射后入射到第二平面反射镜，完全打开第一光阑使经第二平面反射镜反射的第二束飞秒脉冲激光入射至二向色镜；
22.经二向色镜反射的第二束飞秒脉冲激光入射到第十二平面反射镜；
23.经第十二平面反射镜反射的光垂直入射至第三光阑的中心；
24.经第三光阑透射的光入射至第十三平面反射镜；
25.经第十三平面反射镜反射的光入射到第十四平面反射镜；
26.经第十四平面反射镜反射的光垂直入射至第四光阑的中心；
27.经第四光阑透射的光入射至第十五平面反射镜；
28.经第十五平面反射镜反射的光入射到第十六平面反射镜，再经第十六平面反射镜出射。
29.进一步地，所述装置还包括第一平移台和第二平移台上；
30.所述第八平面反射镜与第九平面反射镜固定于第一平移台上；
31.所述第十三平面反射镜与第十四平面反射镜固定于第二平移台上。
32.进一步地，所述装置还包括光学面包板，所述第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一光阑、二向色镜、分束镜、第三平面反射镜、第二光阑、第四平面反射镜、第五平面反射镜、第六平面反射镜、第七平面反射镜、第十平面反射镜、第十一平面反射镜、第十二平面反射镜、第三光阑、第四光阑、第十五平面反射镜、第十六平面反射镜、第一平移台和第二平移台均固定在光学面包板上。
33.进一步地，所述第一光阑、第二光阑、第三光阑和第四光阑的孔径大小均为1mm～3mm。
34.进一步地，所述二向色镜的起始波长为735nm。
35.本实用新型的有益效果是：
36.本实用新型通过改变泵浦光的波长实现泵浦光斯托克斯光的频率差，利用两束光的频率差以及三束光满足的相位匹配关系实现激发样品不同振动能级的目的，使振动能级可调。利用斯托克斯光与探测光之间的时间延迟以及泵浦光与斯托克斯光之间的时间延迟达到时间分辨的目的，进而从多个时间维度检测样品振动能级随时间的演化。
37.而且，通过固定装置于光学面包板，可以使整个系统能够灵活移动，应用于更多的光路结构。
附图说明
38.图1是本实用新型的一种飞秒折叠式boxcars信号的产生装置的示意图；
39.图中，1、第一平面反射镜；2、第二平面反射镜；3、第一光阑；4、二向色镜；5、分束镜；6、第三平面反射镜；7、第二光阑；8、第四平面反射镜；9、第五平面反射镜；10、第六平面反射镜；11、第七平面反射镜；12、第八平面反射镜；13、第九平面反射镜；14、第一平移台；15、第十平面反射镜；16、第十一平面反射镜；17、第十二平面反射镜；18、第三光阑；19、第十三平面反射镜；20、第十四平面反射镜；21、第二平移台；22、第四光阑；23、第十五平面反射镜；24、第十六平面反射镜；25、光学面包板。
具体实施方式
40.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种飞秒折叠式boxcars信号的产生装置，所述装置包括第一平面反射镜1、第二平面反射镜2、第一光阑3、二向色镜4、分束镜5、第三平面反射镜6、第二光阑7、第四平面反射镜8、第五平面反射镜9、第六平面反射镜10、第七平面反射镜11、第八平面反射镜12、第九平面反射镜13、第十平面反射镜15、第十一平面反射镜16、第十二平面反射镜17、第三光阑18、第十三平面反射镜19、第十四平面反射镜20、第四光阑22、第十五平面反射镜23、第十六平面反射镜24，其中：
41.第一束飞秒脉冲激光和第二束飞秒脉冲激光分别入射到第一平面反射镜1的不同位置；
42.第一束飞秒脉冲激光经第一平面反射镜1反射后入射到第二平面反射镜2；
43.经第二平面反射镜2反射的第一束飞秒脉冲激光垂直入射至第一光阑3的中心；
44.经第一光阑3透射的光入射至二向色镜4；
45.经二向色镜4透射的第一束飞秒脉冲激光入射到分束镜5；
46.经分束镜5反射的光入射到第三平面反射镜6；
47.经第三平面反射镜6反射的光垂直入射至第二光阑7的中心；
48.经第二光阑7透射的光入射至第四平面反射镜8；
49.经第四平面反射镜8反射的光入射到第五平面反射镜9，再经第五平面反射镜9出射；
50.经分束镜5透射的光入射到第六平面反射镜10；
51.经第六平面反射镜10反射的光入射到第七平面反射镜11；
52.经第七平面反射镜11反射的光入射到第八平面反射镜12；
53.经第八平面反射镜12反射的光入射到第九平面反射镜13；
54.经第九平面反射镜13反射的光入射到第十平面反射镜15；
55.经第十平面反射镜15反射的光入射到第十一平面反射镜16，再经第十一平面反射镜16出射；
56.第二束飞秒脉冲激光经第一平面反射镜1反射后入射到第二平面反射镜2，完全打开第一光阑3使经第二平面反射镜2反射的第二束飞秒脉冲激光入射至二向色镜4；
57.经二向色镜4反射的第二束飞秒脉冲激光入射到第十二平面反射镜17；
58.经第十二平面反射镜17反射的光垂直入射至第三光阑18的中心；
59.经第三光阑18透射的光入射至第十三平面反射镜19；
60.经第十三平面反射镜19反射的光入射到第十四平面反射镜20；
61.经第十四平面反射镜20反射的光垂直入射至第四光阑22的中心；
62.经第四光阑22透射的光入射至第十五平面反射镜23；
63.经第十五平面反射镜23反射的光入射到第十六平面反射镜24，再经第十六平面反射镜24出射。
64.本实用新型的工作原理为：
65.首先，使作为斯托克斯光以及探测光的第一束飞秒脉冲激光入射到第一平面反射镜1的中心，经第一平面反射镜1反射的光入射到第二平面反射镜2的中心，通过调节第一平面反射镜1的角度使激光光束通过第一光阑3的中心。通过第一光阑3中心的飞秒脉冲激光由于其波长大于735nm，因此可以以大于93％的透过率透过二向色镜4并入射到分束镜5上。经过50:50的分束镜5，飞秒脉冲激光平均分成两束，透射的飞秒脉冲激光作为斯托克斯光，入射到第六平面反射镜10的中心；反射的飞秒脉冲激光作为探测光，入射到第三平面反射镜6的中心。经第三平面反射镜6反射的光垂直入射至第二光阑7的中心，并通过微调第二平面反射镜2的角度使飞秒脉冲激光严格垂直通过第二光阑7的中心，并入射至第四平面反射镜8的中心。经第四平面反射镜8反射的光入射到第五平面反射镜9的边缘，再经第五平面反射镜9出射。
66.其次，经分束镜5透射的斯托克斯光入射到第六平面反射镜10的中心，再经第六平面反射镜10的反射入射到第七平面反射镜11的中心。图1中，x、y轴的二维方向的移动对应了水平方向的前后运动和左右运动。通过调节第一平移台14在y方向运动，使经第七平面反射镜11反射的光入射到第八平面反射镜12的中心，再经第八平面反射镜12反射入射到第九平面反射镜13的中心。通过调节第一平移台14在x方向运动，来满足斯托克斯光与探测光之间的时间延迟，达到时间分辨目的。经第九平面反射镜13反射的光入射到第十平面反射镜15的中心，再经第十平面反射镜15的反射，入射到第十一平面反射镜16的边缘，然后经第十一平面反射镜16出射。
67.最后，使作为泵浦光的第二束飞秒脉冲激光入射到第一平面反射镜1的中心上方10mm左右的位置，经第一平面反射镜1反射的光入射到第二平面反射镜2的中心中心上方10mm左右的位置，打开第一光阑3使飞秒脉冲激光入射到二向色镜4上。由于泵浦光的波长小于735nm，因此可以以大于98％的反射率由二向色镜4反射到第十二平面反射镜17的中心，再经第十二平面反射镜17的反射，通过调节二向色镜4的角度使飞秒脉冲激光垂直入射至第三光阑18的中心。通过调节第二平移台21在y方向运动，使经第三光阑18的中心光入射到第十三平面反射镜19的中心，再经第十三平面反射镜19反射入射到第十四平面反射镜20的中心。通过调节第二平移台21在x方向运动，来满足泵浦光与斯托克斯光的时间延迟，达到激发样品不同振动能级的目的。经第十四平面反射镜20的反射，通过调节第十二平面反射镜17的角度，使反射光垂直入射至第四光阑22的中心。经第四光阑22中心透射的光入射至第十五平面反射镜23的中心，再经第十五平面反射镜23的反射，入射到第十六平面反射镜24的边缘，最后经第十六平面反射镜24出射。
68.通过微调光路系统入射口的两个平面反射镜的角度，即可在不同角度激光入射的情况下，保持光路系统的空间平行。
69.上述工作原理的介绍中，只是第一束飞秒脉冲激光和第二束飞秒脉冲激光入射位
置的一种可能性，不作为对两束飞秒脉冲激光入射位置的具体限定。
70.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述装置还包括第一平移台14和第二平移台21上；
71.所述第八平面反射镜12与第九平面反射镜13固定于第一平移台14上；
72.所述第十三平面反射镜19与第十四平面反射镜20固定于第二平移台21上。
73.第一平移台14可控制第八平面反射镜12与第九平面反射镜13整体在y轴方向的运动，即左右方向的运动，也可以控制第八平面反射镜12与第九平面反射镜13整体在x方向运动，即前后方向的运动。调整第一平移台14可以使飞秒脉冲激光入射到第八平面反射镜12的中心，并且使斯托克斯光与探测光具有时间延迟，达到时间分辨目的。
74.第二平移台21可控制第十三平面反射镜19与第十四平面反射镜20整体在y轴方向的运动，即左右方向的运动，也可以控制第十三平面反射镜19与第十四平面反射镜20整体在x方向运动，即前后方向的运动。调整第二平移台21可以使飞秒脉冲激光入射到第十三平面反射镜19的中心，并且使泵浦光与斯托克斯光具有时间延迟，达到激发样品不同振动能级的目的。
75.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述装置还包括光学面包板25，所述第一平面反射镜1、第二平面反射镜2、第一光阑3、二向色镜4、分束镜5、第三平面反射镜6、第二光阑7、第四平面反射镜8、第五平面反射镜9、第六平面反射镜10、第七平面反射镜11、第十平面反射镜15、第十一平面反射镜16、第十二平面反射镜17、第三光阑18、第四光阑22、第十五平面反射镜23、第十六平面反射镜24、第一平移台14和第二平移台21均固定在光学面包板25上。
76.通过将上述装置固定在可移动的小型面包板上，可以使整个系统能够在保持紧凑的同时，可以灵活移动，从而应用于更多的光路结构。
77.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述第一光阑3、第二光阑7、第三光阑18和第四光阑22的孔径大小均为1mm～3mm。
78.本实施方式通过控制入射光斑大小来调节入射光的能量与准直，当光斑大小为1mm～3mm时，产生的折叠式boxcars信号比较稳定。
79.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述二向色镜4的起始波长为735nm。
80.当飞秒脉冲激光的波长大于735nm入射到二向色镜4时，该激光光束的透过率可以大于93％，当飞秒脉冲激光的波长小于735nm入射到二向色镜4时，该激光光束的透过率可以大于98％，因此可以很好的实现泵浦光、斯托克斯光以及探测光的分束。
81.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述分束镜5的前表面镀分束膜用于700-1100nm的入射波长范围，后表面镀分束膜用于700-1100nm的入射波长范围，入射角为45
°
时的分束比(r:t)为50:50，因此可以将斯托克斯光与探测光平均分束，从而实现斯托克斯光与探测光之间的时间延迟，达到时间分辨目的。
82.本实用新型的上述内容并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。