专利名称：一种泵浦探测的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵浦探测技术领域，尤其涉及一种泵浦探测的方法和系统。
背景技术：
时间分辨的泵浦探测方法通过强的泵浦光激发样品，在样品中产生了状态性质的变化，再用弱的探测光来探测这种扰动变化。通过在不同的时间延迟扫描下记录不同延迟时刻的探测光的功率、相位、偏振等信息，得到样品特性的动态过程。时间分辨的泵浦探测方法在生物、化学、超快动力学以及非线性机制研究等方面有重要的应用。在生物物理化学反应中，采用飞秒脉冲激光进行泵浦探测能够观测一个超快动力学过程的产生及再追踪，观察寿命超短的反应过渡态，见证化学反应的进行。在非线性的机制研究中，非线性材料不同的非线性吸收与折射机制有不同的产生条件和响应速度，通过在不同的泵浦-探测条件下或不同的泵浦-探测延迟时间段区分出这些非线性机制，可以研究各种光学非线性的机制和特点。通常泵浦探测方法中，泵浦光和探测光之间的时间延迟可以通过精密光学延迟平台控制两束激光经过的光程差来实现，泵浦探测的测量速度决定于光学延迟平台的距离扫描速度。本发明提出，采用一个多波长脉冲激光器同时输出具有不同频率、不同波长的脉冲激光，并经过对脉冲激光的处理得到具有一定频率差的泵浦光和探测光。利用两个频率之间的微小的频率差实现与采样示波器原理类似的高精度“等效采样”，进而能够快速的得到泵浦探测的信号。
发明内容
本发明提供了一种泵浦探测的方法和系统本发明提供了一种泵浦探测的方法，包括步骤1，多波长脉冲激光器产生具有两个以上不同中心波长和不同脉冲重复频率的光脉冲序列的输出信号；步骤2，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理；步骤3，处理后的泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列入射到待测器件上；步骤4，信号检测器件检测探测光脉冲序列，得到泵浦探测信号。在一个示例中，步骤2中，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理包括对输出信号或其一部分进行功率放大、功率控制、脉冲波形变换、偏振控制、光束分路或通过非线性光学过程进行光谱变换的光学处理，以形成泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列。在一个示例中，步骤2中，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理包括将多波长脉冲激光器的输出信号根据中心波长的不同分为泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列，泵浦光脉冲序列的中心波长为泵浦光波长，泵浦光脉冲序列的重复频率为泵浦频率，探测光脉冲序列的中心波长为探测光波长，探测光脉冲序列的重复频率为探测频率。在一个示例中，步骤3中，泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列共线或者非共线入射到待测器件上。在一个示例中，其特征在于，步骤4中，信号检测器件检测探测光脉冲序列，得到的检测信号和泵浦探测信号之间的时间步长换算关系为AT=A T Af/fp，其中Af为泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列的重复频率之差，fp为探测光脉冲序列的重复频率，A T为检测信号的时间步长，AT为泵浦探测信号的时间步长。本发明提供了一种泵浦探测的系统，包括多波长脉冲激光器，产生两种以上具有不同中心波长和不同重复频率的光脉冲序列的输出信号；脉冲处理器件，用于由多波长脉冲激光器的输出信号产生泵浦光脉冲序列和探测、光脉冲序列；待测器件，需要进行泵浦探测测量的器件；信号检测器件，用于检测探测光脉冲序列，得到泵浦探测信号。在一个示例中，所述的脉冲处理器件包括光功率放大器，色散控制器件、偏振控制器件、非线性光学器件。在一个示例中，所述的脉冲处理器件还包括分光器件，将泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列分开，使得泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列分别经过处理后，以共线或非共线的方式入射到待测器件上。在一个示例中，所述的信号检测器件包括PIN检测器、APD检测器、光电倍增管或平衡检测器。在一个示例中，所述的信号检测器件还包括具有滤波功能的滤光片、带通滤波器或波分复用器和具有检偏功能的偏振分束棱镜、偏振片。在一个不例中，所述的多波长脉冲激光器为多波长主动锁模激光器、多波长被动锁模激光器或多波长混合锁模激光器。本发明能够利用多波长脉冲激光器进行快速的泵浦探测测量。多波长激光器产生的不同波长的光脉冲序列具有不同的脉冲重复频率，不同的脉冲重复频率之间不是整数倍关系。
下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中图I是一种泵浦探测系统的框图；图2是第一种泵浦探测系统的实例图；图3是第二种泵浦探测系统的实例图；图4是第二种泵浦探测系统的实例图；图5是第四种泵浦探测系统的实例具体实施例方式以下各实例中使用的双波长锁模激光器采用掺铒光纤作为增益介质，通过控制腔内的损耗调节腔内增益谱的形状，实现在1530和1560nm的双波长脉冲激光输出。由于在光纤腔中光纤等器件存在的色散，两个波长的群速度不同，所以两个波长脉冲输出的重复频率也不同。设1530nm波长脉冲序列的重复频率是，而1560m波长脉冲序列的重复频率是fp，频率差为Af。实例一采用上述双波长脉冲激光器的泵浦探测系统的系统图如图2所示。双波长脉冲激光器输出的两个重复频率不同的光脉冲经过光滤波器分为1530和1560nm的脉冲激光输出。将1560nm的脉冲光经过光放大器进行功率放大和脉冲压缩,作为泵浦光,波长为1530nm的脉冲光经过功率控制器件，作为探测光。泵浦光和探测光经过光纤耦合器件合为一路光，入射到待测器件上，输出光信号经过光滤波器，滤出探测光，经过光电探测器件进行光电转换后，用示波器测量。并将该信号的时间步长变换，得到泵浦探测信号。实例二采用上述双波长脉冲激光器的泵浦探测系统的系统图如图3所示。双波长脉冲激光器输出的两个重复频率不同的光脉冲共线入射到待测器件上，其中1560nm的脉冲作为 泵浦光，波长为1530nm的脉冲光作为探测光。经过待测器件之后的光信号经过光滤波器，滤出探测光，经过光电探测器件进行光电转换后，用示波器测量。并将该信号的时间步长变换Af/^倍得到泵浦探测信号。实例三采用上述双波长脉冲激光器的泵浦探测系统的系统图如图4所示。双波长脉冲激光器输出的两个重复频率不同的光脉冲经过分束器分为1530和1560nm的脉冲激光输出。将1560nm的脉冲光经过光放大器进行功率放大和脉冲压缩，作为泵浦光，波长为1530nm的脉冲光经过光放大器进行功率放大和脉冲压缩，并经过BBO晶体倍频后的765nm的光作为探测光。非共线的泵浦光和探测光经过透镜聚焦在待测器件上，光电探测器件检测探测光，并用示波器进行测量。将测量信号的时间步长变换AfVf1倍，得到泵浦探测信号。实例四采用上述双波长脉冲激光器的泵浦探测系统的系统图如图5所示。双波长脉冲激光器输出的两个重复频率不同的光脉冲经过分束器分为1530和1560nm的脉冲激光输出。将1530nm的脉冲光经过光放大器进行功率放大和脉冲压缩，并经过BBO晶体倍频后成为765nm的光,通过偏振分光棱镜后成为水平偏振的泵浦光。波长为1560nm的脉冲光经过光放大器进行功率放大和脉冲压缩，并经过BBO晶体倍频后成为780nm的光，通过起偏器，成为具有45度线性偏振态的探测光。非共线的泵浦光和探测光经过透镜聚焦在待测器件上，探测光通过偏振方向与起偏器垂直的检偏器后被光电探测器件检测，用示波器进行测量，将测量信号的时间步长变换AfVf2倍，得到泵浦探测信号。以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此。任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，均可对其进行适当的改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种泵浦探测的方法，其特征在于，包括 步骤1，多波长脉冲激光器产生具有两个以上不同中心波长和不同脉冲重复频率的光脉冲序列的输出信号； 步骤2，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理； 步骤3，处理后的泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列入射到待测器件上； 步骤4，信号检测器件检测探测光脉冲序列，得到泵浦探测信号。
2.如权利要求I所述的泵浦探测的方法，其特征在于，步骤2中，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理包括对输出信号或其一部分进行功率放大、功率控制、脉冲波形变换、偏振控制、光束分路或通过非线性光学过程进行光谱变换的光学处理，以形成泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列。
3.如权利要求I所述的泵浦探测的方法，其特征在于，步骤2中，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理包括将多波长脉冲激光器的输出信号根据中心波长的不同分为泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列，泵浦光脉冲序列的中心波长为泵浦光波长，泵浦光脉冲序列的重复频率为泵浦频率，探测光脉冲序列的中心波长为探测光波长，探测光脉冲序列的重复频率为探测频率。
4.如权利要求I所述的泵浦探测的方法，其特征在于，步骤3中，泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列共线或者非共线入射到待测器件上。
5.如权利要求I所述的泵浦探测的方法，其特征在于，步骤4中，信号检测器件检测探测光脉冲序列，得到的检测信号和泵浦探测信号之间的时间步长换算关系为AT=A T Af/fp，其中A f为泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列的重复频率之差，fp为探测光脉冲序列的重复频率，A T为检测信号的时间步长，AT为泵浦探测信号的时间步长。
6.一种泵浦探测的系统，其特征在于，包括 多波长脉冲激光器，产生两种以上具有不同中心波长和不同重复频率的光脉冲序列的输出信号； 脉冲处理器件，用于由多波长脉冲激光器的输出信号产生泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列； 待测器件，需要进行泵浦探测测量的器件； 信号检测器件，用于检测探测光脉冲序列，得到泵浦探测信号。
7.如权利要求6所述的泵浦探测的系统，其特征在于，所述的脉冲处理器件包括光功率放大器，色散控制器件、偏振控制器件、非线性光学器件。
8.如权利要求6所述的泵浦探测的系统，其特征在于，所述的脉冲处理器件还包括分光器件，将泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列分开，使得泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列分别经过处理后，以共线或非共线的方式入射到待测器件上。
9.如权利要求6所述的泵浦探测的系统，其特征在于，所述的信号检测器件包括PIN检测器、APD检测器、光电倍增管或平衡检测器。
10.如权利要求6所述的泵浦探测的系统，其特征在于，所述的信号检测器件还包括具有滤波功能的滤光片、带通滤波器或波分复用器和具有检偏功能的偏振分束棱镜、偏振片。
全文摘要
本发明公开了一种泵浦探测的方法和系统。该测量方法包括步骤1，多波长脉冲激光器产生具有两个以上不同中心波长和不同脉冲重复频率的光脉冲序列的输出信号；步骤2，对多波长脉冲激光器的输出信号进行处理；步骤3，处理后的泵浦光脉冲序列和探测光脉冲序列入射到待测器件上；步骤4，信号检测器件检测探测光脉冲序列，得到泵浦探测信号。本发明能够利用双波长脉冲激光器进行快速的泵浦探测测量。
文档编号G01N21/17GK102680404SQ201210137119
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者刘磊, 王 琦, 赵欣, 郑铮 申请人:北京航空航天大学