本发明涉及时间分辨光谱测量仪器，具体说的是一种积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪，本光谱仪利用一束飞秒激光激发样品，然后利用另一束飞秒激光使得激发态的样品受激辐射，使得样品自由辐射的荧光量减少，光谱检测系统将所有收集到的样品荧光进行积分，并且对比有受激辐射和没有受激辐射时的荧光积分强度，得到荧光寿命信号点，配合时间延迟技术，实现测量飞秒时间分辨的荧光寿命，本发明增加了荧光寿命测量的检测灵敏度。
背景技术：
时间分辨泵浦-探测技术[超快激光光谱原理与技术基础，翁羽翔、陈海龙等编，2013年，化学工业出版社]，又称为激发-探测双脉冲技术[时间分辨光谱基础，郭础，2012年，高等教育出版社]，在现代科学的诸多领域有着广泛的应用，如光物理过程、光化学反应、生物化学过程、光催化反应、能量与电荷传输过程、纳米材料表征等。荧光寿命测量在生物荧光探针分析、太阳能利用、荧光分子光物理光化学性质、物质激发态动力学研究等方面有很多应用；本发明涉及的飞秒时间分辨光谱仪器同样应用了泵浦-探测技术。韩克利等人[中国专利申请号：201310392018.6]建立了飞秒时间分辨瞬态吸收和荧光亏蚀二合一光谱仪，将两种泵浦-探测技术结合到一台光谱仪中，扩展了飞秒时间分辨光谱仪器的应用。
目前较常用的荧光寿命测量仪器主要有时间相关单光子计数器、条纹相机、飞秒时间分辨荧光上转换光谱仪、飞秒时间分辨荧光亏蚀光谱仪等。时间相关单光子计数器的时间分辨率最高也在几十个皮秒；条纹相机的时间分辨率最高可达皮秒级，但是价格非常昂贵；飞秒时间分辨荧光上转换光谱仪的时间分辨率受上转换晶体的限制，一般比所使用的飞秒激光器脉冲宽度大两倍；飞秒时间分辨荧光亏蚀光谱仪器的时间分辨率很高，但是它在测量荧光时往往只测量一个荧光波长，降低了其在弱荧光物质的荧光寿命测量方面的应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于得到一种积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪，既要有很好的时间分辨率，也要有很好的荧光强度检测限。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪，包括探测和泵浦激光光路系统、样品荧光采集系统和光谱检测系统；
所有元器件都置于光学平板上；
飞秒激光探测光束与飞秒激光泵浦光束在样品池中样品处于空间上交叉重合；
飞秒激光探测光束与飞秒激光泵浦光束在空间上交叉，且在时间上有一定间隔，这一时间间隔通过时间延迟器调节；
飞秒激光探测光束是通过时间延迟器调节后，经过延迟器后反射镜，以及样品池前反射镜，在样品池上与飞秒激光泵浦光束实现空间交叉重合的；
样品荧光采集系统是样品所辐射的荧光由荧光收集镜收集后，由荧光反射镜反射到荧光聚焦镜上，经过荧光聚焦镜聚焦到光纤入口上，然后由光纤导入分光光谱仪；
光谱测量系统是荧光经过分光光谱仪分光后，在检测器上形成多色谱，检测器上的多色谱由计算机进行积分得到荧光积分信号；
光学斩波器运行后，将在计算机上得到无飞秒激光探测光束和有飞秒激光探测光束两个荧光积分信号，这两个荧光积分信号的差值就是荧光寿命信号点；
将荧光寿命信号点对延迟时间在计算机上绘制成曲线，就得到样品的积分式飞秒时间分辨荧光寿命曲线。
光学平板材料为硬铝或不锈钢，其尺寸规格：长约为120cm，宽约为60cm，厚度约为1cm；
所述的荧光收集镜和荧光聚焦镜可以是但不限于透镜、抛物面镜、球面镜；
所述的样品池为光程是1mm或2mm或10mm的比色皿；
所述的光学斩波器，其触发频率信号来源于飞秒激光器，其斩波频率设定在20Hz至1000Hz之间；
所述的检测器可以是但不限于光电二极管阵列、电荷耦合元件。
附图说明
图1为本发明的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪结构示意图。
图2为实施例1中，浓度为1mmol/L PBBO染料乙醇溶液的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量曲线。
图3为实施例2中，浓度为0.1mmol/L OX750染料乙醇溶液的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量曲线。(a)OX750溶液荧光光谱随时间变化的光谱演化曲线；(b)660nm处的荧光强度随延迟时间变化的曲线(蓝色实心方框)和将所有波长处荧光强度积分后的总荧光强度随延迟时间变化的曲线(红色空方框)。
具体实施方式
请参阅附图，图1为本发明的结构示意图。本发明的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪所述的光学平板长约为120cm，宽约为60cm，有两个入光口，第一入光口2为飞秒激光探测光束入口，用于受激辐射样品；第二入光口3为飞秒激光泵浦光束入口，用于激发样品。
所有元器件都置于光学平板1上，飞秒激光探测光束2与飞秒激光泵浦光束3在样品池4中的样品所在处于空间上交叉重合，飞秒激光探测光束2是通过时间延迟器5调节后，经过延迟器后反射镜6，以及样品池前反射镜7，在样品池4中的样品所在处与飞秒激光泵浦光束3于空间上交叉重合的；
飞秒激光探测光束2与飞秒激光泵浦光束3在样品池4中的样品所在处于空间上交叉重合并具有特定时间间隔，这一时间间隔通过时间延迟器5调节；
样品荧光采集系统是样品所辐射的荧光由荧光收集镜8收集后，由荧光反射镜9反射到荧光聚焦镜10上，经过荧光聚焦镜10聚焦到光纤11入口上，然后通过光纤导入到分光光谱仪12；
光谱测量系统是荧光经过分光光谱仪12分光后，在检测器13上形成多色谱，检测器13上的多色谱由计算机14进行积分处理得到荧光积分信号；
光学斩波器15运行后，将在计算机上得到无飞秒激光探测光束的和有飞秒激光探测光束的两个荧光积分信号，这两个荧光积分信号的差值就是荧光寿命信号点；
将荧光寿命信号点对延迟时间在计算机14上绘制成曲线并进行拟合，就得到样品的积分式飞秒时间分辨荧光寿命。
荧光收集镜8和荧光聚焦镜10可以是但不限于透镜、抛物面镜或球面镜；
样品池4为光程是1mm或2mm或10mm的比色皿；
光学斩波器15，其触发频率信号来源于飞秒激光器，其斩波频率设定在20Hz至1000Hz之间；
检测器13可以是但不限于光电二极管阵列或电荷耦合元件。
实施例1
针对本发明所述的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪在测量积分式飞秒时间分辨荧光寿命时的性能中的时间分辨能力进行考察，采用1m mol/L的PBBO染料乙醇溶液为试验样品，测量积分式飞秒时间分辨荧光寿命信号。PBBO的吸收光谱峰值在320nm附近，只有当490nm泵浦光束与800nm探测光束的两个光脉冲在空间和时间上都在样品池中的样品处重合时，才会激发出PBBO的荧光，由此可以得到积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪的时间分辨响应函数。本实施例中得到的仪器响应函数使用高斯函数拟合，得到的标准方差是0.104皮秒，半高全宽是0.246皮秒。实验数据图见附图2。
实施例2
针对发明所述的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱仪荧光强度检测限性能的考察，采用OX750染料的0.1m mol/L乙醇溶液为样品；泵浦光为490nm，1.5mW；探测光为800nm，1mW。测量样品的积分式飞秒时间分辨荧光寿命测量光谱，实验数据见附图3。其中左图(a)是测量到的OX750荧光光谱随延迟时间变化的演化曲线；右图(b)包括没有对OX750荧光峰做积分的660nm单波长处的荧光强度随延迟时间的衰减曲线(蓝色实心方框)，以及对OX750荧光峰做积分后得到的积分荧光强度随延迟时间的衰减曲线(红色空方框)。可以看出，积分后曲线的噪声明显小于积分前。这是一条表示OX750荧光信号产生的曲线。