【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光學(xué)儀器，尤其是涉及一種基于量子糾纏光子增強(qiáng)的超快相干拉曼光譜儀及其光路裝置。
技術(shù)介紹
1、在當(dāng)今科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的深入洞察需求日益迫切，這不僅推動(dòng)了光譜學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，也對(duì)拉曼光譜技術(shù)的精度和分辨率提出了更高的要求。拉曼光譜學(xué)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它能夠提供關(guān)于分子振動(dòng)、化學(xué)鍵以及材料結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，其在化學(xué)分析、生物醫(yī)學(xué)成像和材料科學(xué)中的應(yīng)用至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的相干拉曼光譜技術(shù)如相干反斯托克斯拉曼散射(cars)和受激拉曼散射(srs)技術(shù)在時(shí)間分辨率和光譜分辨率上往往難以兩全其美，這種權(quán)衡限制了其在捕捉和解析超快分子動(dòng)力學(xué)和精密材料表征中的潛力，特別是在研究快速化學(xué)反應(yīng)、生物分子相互作用以及材料內(nèi)部動(dòng)態(tài)時(shí)，時(shí)間分辨率的提升對(duì)于揭示這些過(guò)程的詳細(xì)機(jī)制至關(guān)重要。同時(shí)，高光譜分辨率能夠提供更精確的分子振動(dòng)信息，有助于區(qū)分和識(shí)別復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境中的不同組分。
2、此外，現(xiàn)有的拉曼光譜技術(shù)在探測(cè)低頻振動(dòng)模式時(shí)，由于非共振背景噪聲的存在，往往面臨信噪比低的問(wèn)題。這些背景噪聲與cars信號(hào)的波長(zhǎng)非常接近，難以通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波方法消除，嚴(yán)重影響了光譜的質(zhì)量和可用性。并且傳統(tǒng)的cars技術(shù)的時(shí)間分辨率受到脈沖寬度的限制，難以捕捉到飛秒或亞飛秒級(jí)別的超快分子動(dòng)力學(xué)，且獲得光譜范圍有限，對(duì)于含有多種組分或未知成分的樣品，可能需要多次測(cè)量或調(diào)整激光參數(shù)，這不僅耗時(shí)而且操作不便。
3、量子糾纏光子的使用為解決上述問(wèn)題提供了新的可能性。量子糾纏的特性允許兩個(gè)或多個(gè)光子在頻率、時(shí)間以及空間上
4、對(duì)于量子糾纏如何實(shí)際運(yùn)用到拉曼光譜儀中，并且降低非共振背景噪聲提高信噪比，當(dāng)前并沒(méi)有具體方法。所以針對(duì)這些挑戰(zhàn)，本專利技術(shù)創(chuàng)新型的提出了一種一種基于量子糾纏光子增強(qiáng)的超快相干拉曼光譜儀及其光路設(shè)計(jì)。該專利技術(shù)利用量子糾纏光子對(duì)之間的量子相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分子振動(dòng)模式的超快、高分辨率探測(cè)，展現(xiàn)了在飛秒尺度上探測(cè)電子相干性的能力，突破了傳統(tǒng)技術(shù)的局限，解決了時(shí)間和光譜分辨率的權(quán)衡問(wèn)題。還提供一種新型的、成本效益高的光譜分析手段，相比于傳統(tǒng)時(shí)間分辨cars光譜系統(tǒng)，使用單一的飛秒激光和pcf，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本。這種設(shè)備的開(kāi)發(fā)，將極大地推動(dòng)光譜學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為化學(xué)分析、生物醫(yī)學(xué)成像和材料科學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變革，其重要性不言而喻。通過(guò)集成創(chuàng)新的量子光源、超快激光器、精密光路控制和高靈敏度探測(cè)技術(shù)，該集成化量子拉曼光譜儀將為科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用提供更為深入、更為精準(zhǔn)的分析工具，開(kāi)啟探索微觀世界的全新篇章。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)要解決的問(wèn)題
2、通過(guò)量子相關(guān)性提供的傳統(tǒng)經(jīng)典脈沖或非糾纏光場(chǎng)無(wú)法達(dá)到的時(shí)間和光譜分辨率，設(shè)計(jì)出量子糾纏下的拉曼光譜儀檢測(cè)裝置的光路結(jié)構(gòu)。并且基于傳統(tǒng)cars信號(hào)通常伴隨著非共振背景噪聲，且一次cars測(cè)量所能獲取的光譜范圍有限產(chǎn)生的耗時(shí)和操作復(fù)雜不便的問(wèn)題。
3、本專利技術(shù)是鑒于這樣的問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種基于量子糾纏光子增強(qiáng)的超快相干拉曼光譜儀的具體光路設(shè)計(jì)。
4、用于解決問(wèn)題的方案
5、為了解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)的拉曼光譜儀光路具備：量子光源組件、超快激光器組件、光路組件、非線性晶體組件、高靈敏度探測(cè)器組件。
6、所述量子光源組件包括光源單位，非線性光學(xué)晶體，半波片(hwp)，四分之一波片(qwp)，光束分束器等，采用非線性光學(xué)晶體進(jìn)行參量下轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生糾纏光子對(duì)，作為超快探針光。
7、所述激光光源組件包括鈦寶石飛秒激光器，產(chǎn)生飛秒脈沖來(lái)抽運(yùn)光學(xué)參量振蕩器(opo)以產(chǎn)生cars實(shí)驗(yàn)中所需的斯托克斯光，即泵浦和斯托克斯光，與糾纏光子對(duì)進(jìn)行非線性相互作用。
8、所述光路設(shè)置包括分束鏡(pbs)、干涉濾光片、反射鏡、偏振片等，用于精準(zhǔn)控制光子的路徑和偏振狀態(tài)。
9、所述非線性晶體用于產(chǎn)生和操控量子糾纏光子，以及實(shí)現(xiàn)與樣品分子的非線性拉曼散射。
10、所述高靈敏探測(cè)器用于探測(cè)和測(cè)量經(jīng)過(guò)樣品散射后的拉曼光信號(hào)。
11、使用量子光源組件產(chǎn)生糾纏光子對(duì)，通過(guò)非線性光學(xué)晶體(bbo晶體)進(jìn)行參量下轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生糾纏光子對(duì)。這些光子對(duì)具有量子相關(guān)性，可用于提高光譜測(cè)量的靈敏度和分辨率，作為超快探針光，通過(guò)調(diào)整光子的時(shí)間延遲來(lái)研究分子的振動(dòng)相干性。利用超連續(xù)光譜激發(fā)cars過(guò)程，通過(guò)時(shí)間延遲方法實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨cars。使用超快激光組件，鈦寶石激光器，產(chǎn)生飛秒激光脈沖抽運(yùn)光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)光譜，同時(shí)作為泵浦光和斯托克斯光作用在樣品上，激發(fā)分子樣品到激發(fā)態(tài)。糾纏的信號(hào)光子作為拉曼探針，與分子樣品相互作用，量子態(tài)發(fā)生變化形成量子異相信號(hào)。同時(shí)閑頻光子作為參考。通過(guò)調(diào)整光學(xué)延遲線來(lái)改變信號(hào)光子和閑頻光子的相對(duì)到達(dá)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)量子干涉效應(yīng)來(lái)增強(qiáng)光譜信號(hào)的選擇性，從而獲得分子相關(guān)函數(shù)的更詳細(xì)信息。
12、本專利技術(shù)專利的優(yōu)點(diǎn)如下：
13、開(kāi)發(fā)了一種集成化量子糾纏光譜儀，將量子光源、超快激光器、精密光路控制和高靈敏度探測(cè)技術(shù)集于一體。
14、通過(guò)分束鏡、反射鏡、偏振片等精密控制光子的路徑和偏振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的精確操控。
15、將量子糾纏光子用于超快相干拉曼光譜儀，并結(jié)合量子糾纏光子的時(shí)間延遲和頻率分辨能力實(shí)現(xiàn)對(duì)分子振動(dòng)模式的超快、高分辨率探測(cè)，提高測(cè)量性能。并且利用量子干涉效應(yīng)來(lái)增強(qiáng)光譜信號(hào)的選擇性，提高測(cè)量的信噪比和準(zhǔn)確性。
16、相比于傳統(tǒng)時(shí)間分辨cars光譜系統(tǒng)，該專利技術(shù)使用單一的飛秒激光和光子晶體光纖(pcf)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提供了一種成本效益高的光譜分析。
17、下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)一種基于量子糾纏光子增強(qiáng)的超快相干拉曼光譜儀的具體光路設(shè)計(jì)和實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于量子糾纏光子增強(qiáng)的超快相干拉曼光譜儀及其光路裝置，其特征在于，包括量子光源組件、超快激光器組件、光路組件、非線性晶體組件、高靈敏度探測(cè)器組件。
2.一種使用權(quán)利要求1所述光譜儀進(jìn)行超快相干拉曼光譜測(cè)量的方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，包括調(diào)整光學(xué)延遲線以改變信號(hào)光子和閑頻光子的相對(duì)到達(dá)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)量子干涉效應(yīng)。
4.一種基于權(quán)利要求3所述方法得到的超快相干拉曼光譜信號(hào)處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于量子糾纏光子增強(qiáng)的超快相干拉曼光譜儀及其光路裝置，其特征在于，包括量子光源組件、超快激光器組件、光路組件、非線性晶體組件、高靈敏度探測(cè)器組件。
2.一種使用權(quán)利要求1所述光譜儀進(jìn)行超快相干拉曼光譜測(cè)量的方法，其特征在于，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯佳麗，程芳，翁丹妮，王鶴立，林翔，黃娟，鄔丹妮，蔣朝政，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)計(jì)量大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。