一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱测量技术领域，特别是涉及一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪。
【背景技术】
[0002]飞秒时间分辨荧光光谱技术是现代光物理、光化学以及生物体系光能吸收存储等科研领域的重要研究方法。不同于飞秒时间分辨瞬态吸收系统，时间分辨荧光直接反应了激发态的能量转移、电子转移等超快过程。目前常见的时间分辨荧光探测手段包括条纹相机技术、光克尔门技术、荧光上转换技术以及光参量荧光放大技术。在这些方法之中，光参量荧光放大技术具有时间分辨率高、同时刻放大的光谱范围宽、探测灵敏度高等优点。
[0003]光参量焚光放大技术中，由于参量放大过程中量子噪声与种子焚光同时被放大且在时间与空间上均不可分离，且量子噪声的强度为随机涨落，脉冲之间差异很大，这两点导致时间分辨光参量荧光放大技术的背景噪声无法直接扣除、信噪比不高，尤其是在弱信号探测方面一直受到限制。
[0004]针对以上的问题，发明人曾经利用单个光电二极管配合锁相放大器抑制背景噪声得到单一波长的高信噪比信号。这一方法被记载在申请日为2014年5月28日、申请号为201410229765.2、名称为《一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪》的专利文件中，为了能在荧光探测过程中实现对整个光谱范围的噪声抑制，发明人设计了光纤阵列接口配合32个独立二极管的多通道锁相放大器进行数据采集，但该方法有以下几点局限性:
[0005]1、光纤尺寸有限(单根光纤直径:400微米)，使得光路调整较为麻烦，所要探测的信号在进入光谱仪前必须精准调整到特定的高度，光斑必须恰好聚焦到入射狭缝才可能得到较强的信号；
[0006]2、由于色差的存在，红区与蓝区的光无法同时在光谱仪后焦面聚为焦点，导致光纤耦合效率的差异，最终产生光谱形状失真；
[0007]3、光纤的传输损耗掉了部分能量，降低了探测的灵敏度；
[0008]4、光纤的透光范围限制了仪器的使用光谱区间，难以将仪器扩展到紫外与红外波段使用；
[0009]5、单独的二极管由于制造过程中个体差异的存在，对光强的响应略有不同。
[0010]因此，需要开发出一种新的光谱仪以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0011]本发明的一个目的是要提供一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪，其光路调整简单，探测灵敏度高，测量结果更为准确，且光谱不易失真。
[0012]特别地，本发明提供了一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪，包括:
[0013]激光源；
[0014]样品荧光产生与收集系统；
[0015]栗浦激光产生系统；
[0016]光谱仪；
[0017]数据采集系统，所述数据采集系统为多通道光电二极管阵列接口锁相放大数据采集系统；
[0018]分束片，用于将所述激光源的输出激光分为两束，一束激光入射至所述样品荧光产生与收集系统用于产生激发样品荧光的激发光，另一束激光入射至所述栗浦激光产生系统用于产生放大焚光的栗浦光;和
[0019]光参量放大光路，具有两个输入端和一个输出端，所述两个输入端分别与所述样品荧光产生与收集系统和所述栗浦激光产生系统的出光端相连，所述输出端接入光谱仪的入光口，所述光谱仪的出光口和所述数据采集系统相连。
[0020]进一步地，所述多通道光电二极管阵列接口锁相放大数据采集系统包括光电二极管阵列与多通道锁相放大器，所述光谱仪的出光口入射至所述光电二极管阵列，所述光电二极管阵列的输出口再接入所述多通道锁相放大器进行运算处理。
[0021]进一步地，所述光电二极管阵列包括至少32个相同的面元，所述光电二极管阵列一次成型。
[0022]进一步地，所述光电二极管阵列中的所述每个面元的长度为4至5_，宽度为0.8至Imm，所述至少32个面元中每个面元之间的间距为0.05至0.15mm。
[0023]进一步地，所述光电二极管阵列具有46个面元，所述每个面元的长度为4.4mm，宽度为0.9mm，所述46个面元中每个面元之间的间距为0.1mm。
[0024]进一步地，所述多通道锁相放大器为基于FPGA实现的多通道同步数字锁相，所述多通道锁相放大器包括多块FPGA芯片，在所述每块FPGA芯片前分别设有前置放大滤波器与模数转换单元，所述光电二极管阵列的输出信号经所述前置放大滤波器与所述模数转换单兀后进入所述每块FPGA芯片；
[0025]优选地，所述模数转换单元前端还设有低通滤波器和抗混叠滤波器，所述光电二极管阵列的输出信号依次经所述前置放大滤波器、所述低通滤波器、所述抗混叠滤波器与所述模数转换单元后进入所述每块FPGA芯片。
[0026]进一步地，所述激光源发出激光经所述分束片分为所述两束输出激光即透射激光与反射激光，其中:
[0027]所述透射激光用于产生激发光，所述激发光入射至所述样品荧光发生与收集系统，产生与待测样品相对应的荧光并收集；
[0028]所述反射激光入射至所述栗浦激光产生系统，用于倍频产生栗浦光，所述栗浦光入射至所述光参量放大光路，用于放大所述样品荧光发生与收集系统中所收集到的所述荧光。
[0029]进一步地，所述样品荧光产生与收集系统包括倍频晶体与样品池，所述透射激光入射至所述倍频晶体产生倍频的所述激发光；
[0030]优选地，所述倍频晶体为β相偏硼酸钡晶体。
[0031]进一步地，所述样品荧光产生与收集系统包括非共线光参量放大光路、C切割蓝宝石片与样品池，所述透射激光聚焦在所述C切割蓝宝石片产生超连续白光，产生的超连续白光通过非共线光参量放大光路进行放大后，得到所述激发光，所述激发光的波长为480nm到720nm。
[0032]进一步地，所述激光源采用脉宽35飞秒的激光放大器，所述激光放大器的输出中心波长为800nm，重复频率为1000取，进入光路的功率为500!?。
[0033]本发明的基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪由于利用光电二极管阵列在光谱仪出光口直接进行光信号的探测完美的解决了光纤接口的各种问题，有如下几点优势:
[0034]1、较大的面元尺寸配合长焦距的谱仪在保证光谱分辨率的同时大大降低了光路调整的难度，使得光高的调整和聚焦前后位置的调整都得到了简化；
[0035]2、由于面元的宽度达到了0.8至1mm，色散导致的红区和蓝区无法同时聚焦不会影响放大的荧光的收集，不会导致光谱形状的失真；
[0036]3、没有光耦合进入光纤和光纤传输过程中的能量损失，提高了探测的灵敏度；
[0037]4、不受光纤透过率的影响，使探测范围扩展到了深紫外区(可达190nm)，只需更换谱仪的光栅和红外响应的二极管系统便可扩展到红外区使用；
[0038]5、二极管阵列为一次成型产品，46个面元的同一性好，不会因响应差异影响测量结果，简化了光谱强度响应矫正的步骤。
[0039]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0040]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的