【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測，具體涉及一種分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、目前市面上大多數(shù)中紅外探測器相較于上轉(zhuǎn)換探測器，普遍存在靈敏度較低、響應(yīng)速度緩慢以及價格昂貴等問題，難以適用于常高溫或復(fù)雜環(huán)境、滿足快速動態(tài)監(jiān)測的需求、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等應(yīng)用場景。其中，將中紅外光上轉(zhuǎn)換為可見光，然后借助高性能上轉(zhuǎn)換探測器間接獲取紅外信息是一個可行方案，然而，傳統(tǒng)的中紅外上轉(zhuǎn)換需要將紅外光與可見光進行合頻，需滿足動量匹配條件，涉及到復(fù)雜和困難的光路與材料設(shè)計，不利于其廣泛的應(yīng)用。
2、基于表面增強拉曼散射技術(shù)提出的分子光力系統(tǒng)，具有器件制備簡易、光力耦合系數(shù)高、工作頻率高、可常溫工作等優(yōu)勢，近年來受到人們廣泛關(guān)注。分子光力耦合效應(yīng)延伸出中紅外上轉(zhuǎn)換探測，把分子作為上轉(zhuǎn)換媒介，將中紅外信號光轉(zhuǎn)換為分子振動模式，進一步與可見泵浦光耦合，通過拉曼散射上轉(zhuǎn)換到可見光波段，無需動量匹配，極大簡化了系統(tǒng)復(fù)雜度，展現(xiàn)出響應(yīng)速度快、抗干擾能力強等諸多優(yōu)勢。結(jié)合成熟的可見光探測器件，該技術(shù)能夠顯著降低紅外探測成本，有望推動該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
3、然而現(xiàn)階段的分子光力上轉(zhuǎn)換技術(shù)研究存在幾個局限。首先，基于表面增強拉曼技術(shù)的分子光力系統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換過程量子效率盡管有所提升，但由于拉曼散射截面較小，其上轉(zhuǎn)換效率仍然受到限制，如何進一步提升其量子效率成為一個需要迫切解決的問題；其次，目前分子光力技術(shù)的研究采用低功率的連續(xù)光輻照方案，缺乏對大功率輻照的非線性散射現(xiàn)象的研究，例如反斯托克斯散射隨功率增加的非線性增強、散射光譜的展寬減
4、針對當下探索高峰值功率輻照下的分子光力非線性上轉(zhuǎn)換機理研究需求，傳統(tǒng)分子光力連續(xù)光輻照及穩(wěn)態(tài)測試系統(tǒng)已無法滿足測量需求。能夠針對常溫下分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測需求，集合高輻照峰值功率、超快時間分辨、非線性增強為一體，且能夠保證分子光力系統(tǒng)先后進行紅外吸收和拉曼上轉(zhuǎn)換的泵浦-探測測量技術(shù)研究有著重要的意義。
5、基于上述分子光力系統(tǒng)中存在的技術(shù)問題，尚未有相關(guān)的解決方案；因此迫切需要尋求有效方案以解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是針對上述技術(shù)中存在的不足之處，提出一種分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有分子光力系統(tǒng)中非線性上轉(zhuǎn)換瞬態(tài)動力學(xué)過程探測的問題。
2、本專利技術(shù)提供一種分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，所述探測系統(tǒng)包括激光產(chǎn)生組件、分束器、第一透鏡、非線性晶體、第二透鏡、光參量放大器、延遲器、第一聚集系統(tǒng)、第二聚集系統(tǒng)以及顯微光學(xué)成像裝置；激光產(chǎn)生組件用于產(chǎn)生脈沖激光；分束器用于反射脈沖激光，并透射出泵浦脈沖激光；第一透鏡用于對分束器反射出的脈沖激光進行聚焦；非線性晶體用于對第一透鏡聚焦的單色光激發(fā)產(chǎn)生超連續(xù)譜白光脈沖；第二透鏡用于對非線性晶體射出的可見脈沖激光進行聚焦；光參量放大器用于調(diào)整分束器反射出的脈沖激光的波長，并產(chǎn)生中紅外泵浦光；第一聚集系統(tǒng)設(shè)置于待測樣品的背面，用于聚焦所述中紅外泵浦光在待測樣品的背面；第二聚集系統(tǒng)設(shè)置于待測樣品的正面，用于聚焦可見探測光在待測樣品9的正面；延遲器用調(diào)節(jié)第二透鏡聚焦的可見脈沖激光的光程，并通過第二聚集系統(tǒng)入射到待測樣品的正面；顯微光學(xué)成像裝置用于收集經(jīng)過待測樣品散射的拉曼散射信號光。
3、進一步地，第一聚集系統(tǒng)為第一顯微物鏡，第二聚集系統(tǒng)為第二顯微物鏡。
4、進一步地，第一顯微物鏡和第二顯微物鏡的型號完全相同。
5、進一步地，待測樣品設(shè)置于第一顯微物鏡和第二顯微物鏡之間；在探測過程中，同時移動第一顯微物鏡和第二顯微物鏡或者保持第一顯微物鏡和第二顯微物鏡不動，橫向挪動待測樣品的位置，使得中紅外泵浦光與可見探測光共聚焦到分子光力系統(tǒng)的不同位置。
6、進一步地，光參量放大器用于調(diào)整泵浦脈沖激光的波長，從而產(chǎn)生匹配分子光力系統(tǒng)特定紅外吸收模式的對應(yīng)頻率中紅外泵浦光。
7、進一步地，分子光力系統(tǒng)為金納米顆粒和納米槽復(fù)合構(gòu)成的分子光力納米腔系統(tǒng)；或者，分子光力系統(tǒng)為基于二維tmd材料產(chǎn)生的里德堡激子態(tài)分子光力系統(tǒng)；或者，分子光力系統(tǒng)為金屬鏡-材料-顆粒球的納米分子光力系統(tǒng)。
8、進一步地，第一透鏡和第二透鏡的型號完全相同。
9、進一步地，顯微光學(xué)成像裝置上設(shè)置有能夠移動的薄膜分束器；在探測前對待測樣品的探測區(qū)域進行觀察時，將薄膜分束器置入光路中，以觀察待測樣品的表面、對準光路，并在確定待測樣品的探測區(qū)域后，將薄膜分束器移出光路進行探測。
10、進一步地，顯微光學(xué)成像裝置為光譜儀或者ccd；光譜儀或者ccd對拉曼散射信號光進行光譜收集。
11、進一步地，延遲器通過調(diào)節(jié)第二透鏡聚焦的脈沖激光的光程，以控制泵浦和探測光到達樣品上的時間延遲。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供的方案優(yōu)點在于：
13、1、本專利技術(shù)提供的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，采用高峰值功率的脈沖激光作為光源，替代了目前連續(xù)光輻照方案，優(yōu)勢在于采用皮秒甚至是飛秒脈沖光輻照，在不燒壞樣品的情況下能夠研究分子光力系統(tǒng)在高峰值功率下的非線性散射現(xiàn)象，通過這種方法進一步深入了解分子光力系統(tǒng)的非線性新機理、新機制。
14、2、本專利技術(shù)提供的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，通過使用改進的背面泵浦正面探測的泵浦探測技術(shù)，并使用延遲器用于調(diào)節(jié)可見探測光的光程，通過調(diào)節(jié)延遲器，控制中紅外泵浦光與可見探測光先后到達分子光力系統(tǒng)的時間，即可探測到不同時間延遲下的分子光力系統(tǒng)狀態(tài)，進而探索分子光力系統(tǒng)動力學(xué)過程、系統(tǒng)拉曼散射布居壽命，深入了解分子光力系統(tǒng)的非線性上轉(zhuǎn)換機制，為大幅度提高中紅外上轉(zhuǎn)換效率提供理論基礎(chǔ)。
15、3、本專利技術(shù)提供的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，待測樣品采用分子光力系統(tǒng)進行中紅外上轉(zhuǎn)換，避免了傳統(tǒng)的中紅外上轉(zhuǎn)換探測器的缺陷，因為將紅外光與可見光進行合頻，需要滿足動量匹配條件，涉及到復(fù)雜和困難的光路與材料設(shè)計。本申請的分子光力系統(tǒng)進行中紅外上轉(zhuǎn)換具有系統(tǒng)簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、成本造價低等優(yōu)勢。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述探測系統(tǒng)包括激光產(chǎn)生組件(1)、分束器(2)、第一透鏡(3)、非線性晶體(4)、第二透鏡(5)、光參量放大器(6)、延遲器(7)、第一聚集系統(tǒng)、第二聚集系統(tǒng)以及顯微光學(xué)成像裝置(11)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚集系統(tǒng)為第一顯微物鏡(8)，所述第二聚集系統(tǒng)為第二顯微物鏡(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)的型號完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述待測樣品(9)設(shè)置于所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)之間；在探測過程中，同時移動所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)或者保持所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)不動，橫向挪動所述待測樣品(9)的位置，使得中紅外泵浦光與可見探測光共聚焦到分子光力系統(tǒng)的不同位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述分子光力系統(tǒng)為金納米顆粒和納米槽復(fù)合構(gòu)成的分子光力納米腔系統(tǒng)；或者，所述分子光力系統(tǒng)為基于二維TMD材料產(chǎn)生的里德堡激子態(tài)分子光力系統(tǒng)；或者，所述分子光力系統(tǒng)為金屬鏡-材料-顆粒球的納米分子光力系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡(3)和所述第二透鏡(5)的型號完全相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微光學(xué)成像裝置(11)上設(shè)置有能夠移動的薄膜分束器；在探測前對所述待測樣品(9)的探測區(qū)域進行觀察時，將所述薄膜分束器置入光路中，以觀察所述待測樣品(9)的表面、對準光路，并在確定所述待測樣品(9)的探測區(qū)域后，將所述薄膜分束器移出光路進行探測。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微光學(xué)成像裝置(11)為光譜儀或者CCD；所述光譜儀或者所述CCD對所述拉曼散射信號光進行光譜收集。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述延遲器(7)通過調(diào)節(jié)所述第二透鏡(5)聚焦的脈沖激光的光程，以控制泵浦和探測光到達樣品上的時間延遲。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述探測系統(tǒng)包括激光產(chǎn)生組件(1)、分束器(2)、第一透鏡(3)、非線性晶體(4)、第二透鏡(5)、光參量放大器(6)、延遲器(7)、第一聚集系統(tǒng)、第二聚集系統(tǒng)以及顯微光學(xué)成像裝置(11)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚集系統(tǒng)為第一顯微物鏡(8)，所述第二聚集系統(tǒng)為第二顯微物鏡(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)的型號完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述待測樣品(9)設(shè)置于所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)之間；在探測過程中，同時移動所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)或者保持所述第一顯微物鏡(8)和所述第二顯微物鏡(10)不動，橫向挪動所述待測樣品(9)的位置，使得中紅外泵浦光與可見探測光共聚焦到分子光力系統(tǒng)的不同位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光力瞬態(tài)動力學(xué)探測系統(tǒng)，其特征在于，所述光參量放大器(6)用于調(diào)整泵浦脈沖激光的波長，從而產(chǎn)生匹配分子光力系統(tǒng)特定紅外吸收模式的對應(yīng)頻率中紅外泵浦光。<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋可，潘智超，葉英鈐，唐宇翔，劉祺瑞，劉孝乾，鄧美秋，李思維，喻紅云，李俊杰，倫宇飛，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍國防科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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