一种长时域泵浦探测装置及方法与流程

本发明属于泵浦探测领域，具体涉及一种长时域泵浦探测装置及方法。

背景技术：

1、泵浦探测技术是在利用泵浦光与物质相互作用的同时，利用一个能量较低、不影响泵浦光与物质相互作用的探测光对泵浦光与物质相互作用的过程进行记录，泵浦光和探测光的延迟可以通过调节探测光与泵浦光的光程差进行调节，从而实现完整记录泵浦光与物质相互作用的全过程。

2、激光与某些物质相互作用的过程达到百纳秒甚至微秒量级，例如激光与金属相互作用产生的等离子体传输需要达到百纳秒才停止扩张，而激光诱导熔石英损伤过程中产生的等离子体可以传输时间至微秒量级，但是由于激光存在一定的发散角，过长时间的传输不仅使得光斑变得发散，并且能量也会有极大的损耗，同时若要将泵浦光与探测光的延迟调制在百纳秒量级，需要光程差达到数十米，对于实验条件也很难实现。

3、由于传统泵浦探测技术无法有效的实现长时域的光程差调节，对于研究激光与物质相互作用长时域的探测面临的问题，急需设计一套新的泵浦探测装置及方法。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中提到的不足，本发明提供一种长时域泵浦探测装置及方法。通过在探测光路引入光纤，可通过增减光纤数量以及光纤长度实现任意时域的泵浦探测，不仅缩小了光路所需空间、降低了实验难度、提高实验精度，并且可以通过增加光纤的数量，实现长时域的延迟调节，本发明中长时域指的是泵浦探测所需的光程差时间不小于100ns，为研究激光与物质相互作用扩展了思路。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种长时域泵浦探测装置，包括泵浦探测光源、光分束器、泵浦光延迟组、泵浦光半波片、泵浦光偏振片、泵浦光聚焦件、第一探测光聚焦件、探测光光纤调节组、第二探测光聚焦件、探测光半波片、探测光偏振片、滤波片和ccd相机；

4、所述的泵浦探测光源包括同步输入的泵浦光和探测光；

5、光分束器将泵浦探测光源分为泵浦光和探测光，经光分束器透射的光为泵浦光，泵浦光也就是基频激光；经光分束器反射的光为探测光，探测光为倍频激光；

6、泵浦光经泵浦光延迟组后输出延迟后的泵浦光，延迟后的泵浦光再经泵浦光半波片和泵浦光偏振片后输出调整能量后的泵浦光，调整能量后的泵浦光再经泵浦光聚焦件聚焦到样品表面；

7、探测光经第一探测光聚焦件聚焦耦合进入探测光光纤调节组，第二探测光聚焦件将探测光光纤调节组传输的探测光耦合出，探测光光纤调节组用来调节探测光和泵浦光相对时间的延迟；且第二探测光聚焦件将离散的探测光转换为平行的探测光；平行的探测光经探测光半波片和探测光偏振片后输出调整能量后的探测光，调整能量后的探测光经过样品表面后再经滤波片后进入到ccd相机中；所述的滤波片过滤泵浦光与样品相互作用产生的杂散光，且滤波片对于探测光的透过率＞95％，其余波段的透过率＜1％，ccd相机用来记录激光与物质相互作用的过程。

8、作为本发明的一种优选方案，所述的泵浦探测光源由激光器发出经非线性晶体后产生探测光和泵浦光。

9、作为本发明的一种优选方案，所述激光器发出的激光波长为基频激光，激光的脉冲宽度范围为10fs～100ns，所述激光器发出激光的激光能量调整范围为10μj～20j；所述非线性晶体为kdp晶体或bbo晶体等任意可产生非线性谐波的非线性晶体。

10、作为本发明的一种优选方案，所述光分束器为波长分离薄膜；所述泵浦光延迟组由四个全反射镜构成。

11、作为本发明的一种优选方案，所述的探测光光纤调节组包括至少一个探测光光纤；探测光光纤的长度和数量可调节。

12、作为本发明的一种优选方案，所述的探测光光纤调节组包括至少两个探测光光纤；相邻探测光光纤之间耦合连接，且每个探测光光纤的长度都可调节。通过改变探测光光纤的光纤数量和光纤长度能够改变泵浦光和探测光的延迟，实现任意时间的探测，使探测范围从fs量级至s量级。

13、作为本发明的一种优选方案，通过泵浦光延迟组以及改变探测光光纤调节组中探测光光纤的数量和长度来调整泵浦光和探测光之间的延迟时间，实现探测范围从fs量级至s量级。探测光光纤调节组中探测光光纤的数量和探测光纤的长度乘积的总和为总体所需光程差。

14、作为本发明的一种优选方案，所述的泵浦光聚焦件为任意焦距的聚焦透镜，第一探测光聚焦件和探测光光纤调节组为任意焦距或任意放大倍率的显微物镜。

15、作为本发明的一种优选方案，本发明还设置有控制器，控制器用以控制激光器发出激光信号与ccd相机打开快门时间之间的延迟

16、作为本发明的一种优选方案，所述样品可以为金属或非金属、有机材料或无机材料等任意材料。

17、本发明还提供了一种长时域泵浦探测方法，使用上述长时域泵浦探测装置，步骤为：

18、激光器发出激光，经过非线性晶体后产生同时存在的泵浦光和探测光的泵浦探测光源；

19、光分束器将泵浦探测光源分为泵浦光和探测光，经光分束器透射的光为泵浦光，经光分束器反射的光为探测光；

20、泵浦光经泵浦光延迟组后输出延迟后的泵浦光，延迟后的泵浦光再经泵浦光半波片和泵浦光偏振片后输出调整能量后的泵浦光，调整能量后的泵浦光再经泵浦光聚焦件聚焦到样品表面；

21、探测光经第一探测光聚焦件聚焦耦合进入探测第一探测光光纤内，探测光从第一探测光光纤耦合到第二探测光光纤内，第二探测光聚焦件将第二探测光光纤传输的探测光耦合出，且第二探测光聚焦件将离散的探测光转换为平行的探测光；平行的探测光经探测光半波片和探测光偏振片后输出调整能量后的探测光，使探测光不参与泵浦光与样品相互作用的过程；调整能量后的探测光经过样品表面后再经滤波片后进入到ccd相机中；所述的滤波片过滤泵浦光与样品相互作用产生的杂散光；

22、根据激光器发出激光的时间与探测光到达ccd相机的时间，控制器控制ccd相机的快门打开时间。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、传统的利用空间光传输调节泵浦光与探测光的延迟方法，不仅所需调节光路的空间较大、操作复杂并且精度低，而本发明使用光纤传输替换了空间光自由传输的形式，可以大大缩小调节时间延迟的空间，并且延迟的时间可以简单的调整光纤数量和长度进行实现，操作简单，精度高。

25、2、可以根据测试所需的泵浦光与探测光延迟要求，通过增加或减少光纤数量以及光纤长度，实现任意时域的光程差调节，并且由于光纤对于光束能量以及光束质量均有较好的保障，因此可以通过增加光纤的长度以及数量实现s级的长时域泵浦探测。

26、3、本发明可以针对不同性质、不同材料、不同尺寸、不同功能等任意材料实现任意时域的泵浦探测，具有很高的适用性。

技术特征：

1.一种长时域泵浦探测装置，其特征在于：包括泵浦探测光源、光分束器(3)、泵浦光延迟组、泵浦光半波片(8)、泵浦光偏振片(9)、泵浦光聚焦件、第一探测光聚焦件、探测光光纤调节组、第二探测光聚焦件、探测光半波片、探测光偏振片、滤波片和ccd相机；

2.根据权利要求1所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：所述的泵浦探测光源由激光器(1)发出经非线性晶体(2)后产生探测光和泵浦光。

3.根据权利要求2所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：所述激光器(1)发出的激光波长为基频激光，激光的脉冲宽度范围为10fs～100ns，所述激光器发出激光的激光能量调整范围为10μj～20j；所述非线性晶体(2)为kdp晶体或bbo晶体。

4.根据权利要求1或2或3所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：所述光分束器为波长分离薄膜；所述泵浦光延迟组由四个全反射镜构成。

5.根据权利要求4所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：所述的探测光光纤调节组包括至少一个探测光光纤；探测光光纤的长度和数量可调节。

6.根据权利要求4所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：所述的探测光光纤调节组包括至少两个探测光光纤；相邻探测光光纤之间耦合连接，且每个探测光光纤的长度都可调节。

7.根据权利要求6所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：通过泵浦光延迟组以及改变探测光光纤调节组中探测光光纤的数量和长度来调整泵浦光和探测光之间的延迟时间，实现探测范围从fs量级至s量级；探测光光纤调节组中探测光光纤的数量和探测光纤的长度乘积的总和为总体所需光程差。

8.根据权利要求7所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：所述的泵浦光聚焦件为任意焦距的聚焦透镜，第一探测光聚焦件和探测光光纤调节组为任意焦距或任意放大倍率的显微物镜。

9.根据权利要求6所述的长时域泵浦探测装置，其特征在于：还设置有控制器，控制器用以控制激光器发出激光信号与ccd相机打开快门时间之间的延迟。

10.一种长时域泵浦探测方法，其特征在于，使用如权利要求2-9中任一所述的长时域泵浦探测装置，步骤为：

技术总结
本发明公开了一种长时域泵浦探测装置及方法，通过引入光纤拼接调节延迟时间的方案，可以将探测光与泵浦光的时域探测时间进行任意调整，并且基于光纤对于光束传播的稳定性，可以实现长时域的泵浦探测作业。本发明不仅解决了传统泵浦探测过程中，延迟时间需通过位移平台调整光束自由传输光程实现调节所带来的调试繁琐以及精度较低的问题，同时可以克服激光在自由空间中传输所带来的发散、光束质量退化等问题，可以实现长时域的泵浦探测调节，得到时域更长的激光与物质相互作用过程及机理。

技术研发人员：单翀,盛延松,赵振亚,蔡国栋,安少明,岳跃康,刘聪,耿靖骅,焦健
受保护的技术使用者：上海东湖机械厂
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1