专利名称：一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制红外光谱装置的系统，特别是关于一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统。
背景技术：
近年来出现的飞秒激光二维红外光谱技术，是分子体系在时域中的三束超快红外激光脉冲作用下所产生的受激振动光子回波响应经二维傅里叶变换后在二维频域中的表达。它作为一种新颖的前沿光谱学手段，具有以飞秒时间分辨率测定凝聚相分子动态结构的能力。二维红外光谱技术是一种新兴的分子动态结构检测手段，目前还没有商品化的仪器，其核心光路和整套装置都需要在实验室中自行搭建。控制光路中主要部件的协调运作和光谱数据的采集及分析处理，是二维红外光谱装置正常运转的关键。因此，迫切需要开发一套简单易行、高效智能的控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够全智能化综合协调控制多种部件的飞秒激光二维红外光谱装置的控制系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，它包括有一飞秒激光器、一分光器件、若干反射镜、若干对角反射镜、总反射镜、聚焦镜、样品池、单色仪和红外阵列检测器，每一对所述角反射镜均固定设置在一电动平移台上；所述飞秒激光器发射飞秒激光到所述分光器件，所述分光器件将飞秒激光等分成若干束并将其分别发送到各所述反射镜，经各所述反射镜反射的光垂直发射到各对角反射镜，每一对所述角反射镜将飞秒激光反射后又经所述总反射镜反射到所述聚焦镜，所述聚焦镜将各光束聚焦到所述样品池，经所述样品池出射的信号光经所述单色仪发送到所述红外阵列检测器；其特征在于:它还包括一计算机和一数据采集卡，所述数据采集卡采集由所述红外阵列检测器接收的多通道脉冲光谱信号，并将其发送到所述计算机；所述计算机内设置一控制系统，它包括一电动平移台控制单元、一飞秒脉冲积分控制单元、一单色仪控制单元、一数据分析处理单元和一信号实时显示单元；所述电动平移台控制单元根据设定的参数控制每一所述电动平移台运动；所述单色仪控制单元对单色仪的输入光狭缝、光栅类型和中心波长进行控制；所述飞秒脉冲积分控制单元对所述数据采集卡所采集的信号进行积分、多次累加取平均后分别发送到所述数据分析处理单元和信号实时显示单元；所述数据分析处理单元根据实验要求对接收到的光谱信号进行处理；所述信号实时显示单元对所述飞秒脉冲积分控制单元输出的信号实时进行显示，实验者根据信号的信噪比监测测试结果。所述电动平移台控制单元包括有与所述电动平移台数量相同的电动平移台子控制模块，每一所述电动平移台子控制模块用于控制相应的电动平移台运动；每一所述电动平移台子控制模块包括一参数设置模块、一 SCAN按钮和一 STOP按钮；所述参数设置模块用于对电动平移台的归零位置、当前位置、起始位置、移动步长、移动加速度和最终位置进行设置，扫描以SCAN按钮启动，通过STOP按钮实时中断扫描操作。所述电动平移台的移动步长采用飞秒进行显示。所述红外阵列检测器由一维多通道的碲镉汞单元所组成。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明的控制系统由于设置有电动平移台控制单元，电动平移台控制单元内设置有与电动平移台数量相对应的若干电动平移台子控制模块，每一电动平移台子控制模块可以实现对电动平移台位置和扫描步长等功能的选择和控制，另外，本发明中的电动平移台的移动步长单位在保证精度的前提下可以换算为飞秒进行表示，给飞秒激光二维红外光谱的实验操作带来了极大的方便。2、本发明由于设置有单色仪控制单元，因此可以实现在二维红外光谱仪的运行过程中对单色仪的光栅以及光栅波长进行选择，满足不同波段实验的要求。3、本发明设置飞秒脉冲积分控制单元，因此可以实现多通道数据的同时采集，所采集的数据可以是有样品和无样品时的稳态光信号，也可以是样品在多脉冲激光作用下的受激振动光子回波信号，即瞬态光信号。
4、本发明由于设置有数据分析处理单元，因此可以由所获得的稳态或瞬态光信号转换为稳态一维红外光谱和瞬态二维红外光谱。5、本发明设置有信号实现显示单元，因此可以实时观测所采集的光谱数据，能够对实验过程进行实时监测。本发明可以广泛应用于飞秒激光二维光谱装置的控制过程中。
图1是飞秒激光二维红外光谱装置的原理示意图，箭头方向表示电动平移台的运动方向；图2是本发明的控制方法流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明所涉及的飞秒激光二维红外光谱装置包括一飞秒激光器1、一分光器件2、若干反射镜3、若干对角反射镜4、一总反射镜5、一聚焦镜6、一样品池7、一光谱仪8 (本发明的光谱仪采用单色仪8)和一红外阵列检测器9。每一对角反射镜4均固定设置在一电动平移台上，每一电动平移台可以带动相应的角反射镜4进行前后运动，用于改变光程；飞秒激光器I作为红外光源发射飞秒脉冲激光到分光器件2，分光器件2将飞秒激光等分成若干束并将其发送到各反射镜3，经各反射镜3反射的光垂直发射到设置在每一反射镜3上方的角反射镜4，每一对角反射镜4将飞秒激光反射后又经总反射镜5反射到聚焦镜6，聚焦镜6将各光束聚焦到样品池7，经样品池7出射的信号光经单色仪8发送到红外阵列检测器9，红外阵列检测器9用于进行光谱信号的探测。本发明的红外阵列检测器9可以由一维多通道的碲镉汞单元所组成，也可以根据实际实验的需要，选择不同波段的单通道或多通道检测器，在此不做限制；本发明的特点在于对飞秒激光二维红外光谱装置的各器件分别进行控制，它包括一计算机和一数据采集卡，数据采集卡采集由红外阵列检测器9接收的多通道脉冲光谱信号，并将其发送到计算机进行处理和显示。计算机内设置有一控制系统，它包括一电动平移台控制单元、一飞秒脉冲积分控制单元、一单色仪控制单元、一数据分析处理单元和一信号实时显示单元。电动平移台控制单元包括有与电动平移台数量相同的电动平移台子控制模块，每一电动平移台子控制模块用于控制相应的电动平移台的运动，通过电动平移台的运动以改变不同飞秒激光脉冲之间的时间间隔。每一电动平移台子控制模块包括有一参数设置模块、一 SCAN按钮和一STOP按钮；参数设置模块用于对电动平移台的归零位置、当前位置、起始位置(移动初始位置)、移动步长和最终位置(移动结束位置)等参数进行设置，并能控制电动平移台的移动加速度。扫描以SCAN按钮启动，通过STOP按钮实时中断扫描操作。本发明的电动平移台的移动步长在保证精度的前提下可以换算为飞秒进行显示，这样给飞秒激光二维红外光谱装置的实验操作提供了方便。单色仪控制单元用于对单色仪8的输入光狭缝、光栅类型和中心波长进行控制。飞秒脉冲积分控制单元接收来自数据采集卡的信号，数据采集卡根据实验要求采集由红外阵列检测器9所接收的多通道脉冲光谱信号，并对各通道脉冲信号进行积分、多次累加取平均，以提高信噪比，并将处理后的信号发送到数据分析处理单元和信号实时显示单元；其中，飞秒脉冲积分控制单元接收的数据可以是有样品和无样品时的稳态光信号，也可以是样品在多脉冲激光作用下的受激振动光子回波信号，即瞬态光信号。数据分析处理单元对接收到的光谱信号进行处理，根据实验要求，可以将有样品和无样品两种多通道光信号进行相除并取对数，得到稳态的一维红外光谱，还可以将样品在多脉冲激光作用下的瞬态光信号进行二维傅立叶变换处理，得到瞬态二维红外光谱。信号实时显示单元用于对飞秒脉冲积分控制单元输出的光谱信号实时进行显示，实验者可以根据信号数据的信噪比监测测试结果，如果信噪比不高，则在测试过程中随时改进和调整实验方法，重新进行测试。判别测试结果的好坏的依据可以根据具体实验要求进行设置，本发明的实施例所采集的信号数据的信噪比小于10%则需要改进和调整实验方法，重新进行测试。上述实施例中，本发明的控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统可以采用LABVIEff软件环境进行编程并实现，上述所有控制单元和模块集中于一个LABVIEW控制面板中，但是还可以采用其它软件编程实现。在此不作限制。如图2所示，下面通过一个具体实施例进一步说明采用本发明的控制系统对飞秒激光二维红外光谱装置的具体控制过程:1、将飞秒激光二维红外光谱装置的红外阵列检测器9通过数据采集卡连接计算机；2、电动平移台控制单元的各电动平移台子控制模块分别对各电动平移台的参数进行设置，确定每一电动平移台移动的步长，起始位置以及最终的位置；3、单色仪控制单元对单色仪8进行控制，选择实验需要的狭缝、光栅以及中心波长的位置；4、打开飞秒激光器1，经样品池7出射的脉冲光信号经单色仪被红外阵列检测器9检测，数据采集卡采集红外阵列检测器9各通道的光信号。5、开始测试时，首先判断各电动平移台控制单元的“SCAN”按钮是否启动，如果没有启动，则是仅仅按照设定的数值移动电动平移台到目标位置，如果启动，扫描开始；6、电动平移台每移动一个步长，飞秒脉冲积分控制单元将接收到的脉冲信号进行积分、多次累加取平均，并将处理后的信号发送到数据分析处理单元和信号实时显示单元。7、判断每一个电动平移台是否移动到设定的扫描最终位置，如果是，则结束信号采集；如果不是，则判断是否启动“STOP”按钮，如果是启动“STOP”按钮，则结束测试；如果不是，则重复6 7继续测试。8、信号实时显示单元实时显示样品池7出射的脉冲光信号，实验者可以根据信号强度和应有特征对实验过程进行监测，保证实验正确进行。9、数据分析处理单元对接收到的光谱信号进行处理，根据实验要求可以将有样品和无样品两种多通道光信号进行相除并取对数，可以得到稳态的一维红外光谱，也可以根据需要得到瞬态光信号的二维红外光谱。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，它包括有一飞秒激光器、一分光器件、若干反射镜、若干对角反射镜、总反射镜、聚焦镜、样品池、单色仪和红外阵列检测器，每一对所述角反射镜均固定设置在一电动平移台上；所述飞秒激光器发射飞秒激光到所述分光器件，所述分光器件将飞秒激光等分成若干束并将其分别发送到各所述反射镜，经各所述反射镜反射的光垂直发射到各对角反射镜，每一对所述角反射镜将飞秒激光反射后又经所述总反射镜反射到所述聚焦镜，所述聚焦镜将各光束聚焦到所述样品池，经所述样品池出射的信号光经所述单色仪发送到所述红外阵列检测器；其特征在于:它还包括一计算机和一数据采集卡，所述数据采集卡采集由所述红外阵列检测器接收的多通道脉冲光谱信号，并将其发送到所述计算机； 所述计算机内设置一控制系统，它包括一电动平移台控制单元、一飞秒脉冲积分控制单元、一单色仪控制单元、一数据分析处理单元和一信号实时显示单元;所述电动平移台控制单元根据设定的参数控制每一所述电动平移台运动；所述单色仪控制单元对单色仪的输入光狭缝、光栅类型和中心波长进行控制；所述飞秒脉冲积分控制单元对所述数据采集卡所采集的信号进行积分、多次累加取平均后分别发送到所述数据分析处理单元和信号实时显示单元；所述数据分析处理单元根据实验要求对接收到的光谱信号进行处理；所述信号实时显示单元对所述飞秒脉冲积分控制单元输出的信号实时进行显示，实验者根据信号的信噪比监测测试结果。
2.按权利要求1所述的一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，其特征在于:所述电动平移台控制单元包括有与所述电动平移台数量相同的电动平移台子控制模块，每一所述电动平移台子控制模块用于控制相应的电动平移台运动；每一所述电动平移台子控制模块包括一参数设置模块、一 SCAN按钮和一 STOP按钮；所述参数设置模块用于对电动平移台的归零位置、当前位置、起始位置、移动步长、移动加速度和最终位置进行设置，扫描以SCAN按钮启动，通过STOP按钮实时中断扫描操作。
3.按权利要求1或2所述的一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，其特征在于:所述电动平移台的移动步长采用飞秒进行显示。
4.按权利要求1或2所述的一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，其特征在于:所述红外阵列检测器由一维多通道的碲镉汞单元所组成。
5.按权利要求3所述的一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，其特征在于:所述红外阵列检测器由一维多通道的碲镉汞单元所组成。
全文摘要
本发明涉及一种控制飞秒激光二维红外光谱装置的系统，其特征在于它包括计算机和数据采集卡，数据采集卡采集由红外阵列检测器接收的多通道脉冲光谱信号，并将其发送到计算机；计算机内设置控制系统，它包括电动平移台控制单元、飞秒脉冲积分控制单元、单色仪控制单元、数据分析处理单元和信号实时显示单元；电动平移台控制单元根据设定的参数控制电动平移台运动；单色仪控制单元对单色仪的输入光狭缝、光栅类型和中心波长进行控制；飞秒脉冲积分控制单元并对所采集的信号进行积分、多次累加后分别发送到数据分析处理单元和信号实时显示单元；数据分析处理单元对接收到的光谱信号进行处理；信号实时显示单元用于对飞秒脉冲积分控制单元输出的信号实时显示。本发明可以广泛应用于飞秒激光二维光谱装置的控制过程中。
文档编号G01N21/25GK103091260SQ201310040788
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者王建平, 杨帆, 马肖燕, 于鹏云 申请人:中国科学院化学研究所