本發(fā)明涉及一種光學(xué)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種基于楔形雙折射晶體而實(shí)現(xiàn)的二維中紅外光譜儀裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、二維紅外光譜在化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域的研究具有重要的作用，是研究超快分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的重要技術(shù)。典型的二維光譜裝置可以基于泵浦探測(cè)幾何，其中一對(duì)泵浦脈沖需光線，延時(shí)可調(diào)，其延時(shí)為“相干”時(shí)間。如何實(shí)現(xiàn)兩束泵浦脈沖延時(shí)的掃描是二維光譜信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)鍵。

2、目前技術(shù)中采用的是脈沖整形器或干涉儀，脈沖整形器可以快速高效地掃描兩個(gè)脈沖之間的延遲。但脈沖整形器價(jià)格昂貴，并且用于實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜。目前實(shí)驗(yàn)中使用的干涉儀，多基于邁克爾遜干涉儀，所設(shè)計(jì)的光路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，占據(jù)空間較大，難以模塊化。已有的基于楔形雙折射晶體實(shí)現(xiàn)的二維紅外光譜，仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、泵浦光與探測(cè)光不同源、掃描過(guò)程中光線偏移等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置及方法，其搭建簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的脈沖延時(shí)掃描方案。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其包括：雙折射晶體組，固定于飛秒中紅外激光的光路中，以將飛秒中紅外激光變?yōu)閮墒穹较虼怪钡木哂醒訒r(shí)的脈沖；位移控制器，設(shè)置在雙折射晶體組上，用于控制雙折射晶體組的位置，以對(duì)兩束脈沖的延時(shí)連續(xù)變化進(jìn)行掃描；分光片和半波片依次設(shè)置在雙折射晶體組的后側(cè)光路中，由雙折射晶體組后輸出的兩束脈沖依次分光片和半波片后，進(jìn)入偏振片組，經(jīng)偏振片組將兩束垂直偏振的脈沖投影到相同偏振。

3、進(jìn)一步，雙折射晶體組包括長(zhǎng)方體雙折射晶體、第一片楔形晶體和第二片楔形晶體；

4、飛秒中紅外激光先經(jīng)過(guò)長(zhǎng)方體雙折射晶體后，分為偏振方向分別為x和y方向的兩束脈沖，并且兩束脈沖相隔有延時(shí)τ0；兩束脈沖再依次進(jìn)入第一片楔形晶體和第二片楔形晶體，經(jīng)第一片楔形晶體后以使兩束脈沖變?yōu)橥降牟煌竦拿}沖光，經(jīng)第二片楔形晶體后，以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩束脈沖的延時(shí)連續(xù)變化進(jìn)行掃描。

5、進(jìn)一步，長(zhǎng)方體雙折射晶體的晶軸方向?yàn)閤方向，第一片楔形晶體和第二片楔形晶體的晶軸方向?yàn)閥方向。

6、進(jìn)一步，第一片楔形晶體與第二片楔形晶體直角邊平行放置，并與光路垂直。

7、進(jìn)一步，雙折射晶體組中的晶體都為鈮酸鋰晶體，其透光范圍覆蓋0.4～5.2?μm，工作波段覆蓋可見(jiàn)區(qū)至中紅外區(qū)。

8、進(jìn)一步，長(zhǎng)方體雙折射晶體的表面所鍍抗反射膜為3000?cm-1?~?4000?cm-1，在3300?cm-1處的典型反射率低于0.4?%。

9、進(jìn)一步，第一片楔形晶體的長(zhǎng)度小于第二片楔形晶體長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。

10、進(jìn)一步，位移控制器包括手動(dòng)控制位移臺(tái)和電動(dòng)位移臺(tái)；

11、手動(dòng)控制位移臺(tái)設(shè)置在第一片楔形晶體處，用于手動(dòng)調(diào)節(jié)第一片楔形晶體的前后位置；電動(dòng)位移臺(tái)設(shè)置在第二片楔形晶體處，以控制第二片楔形晶體的前后位置。

12、進(jìn)一步，偏振片組包括第一偏振片和第二偏振片；

13、第一偏振片設(shè)置在半波片后側(cè)的光路中，以將兩束垂直偏振的脈沖投影到相同偏振；第二偏振片設(shè)置在分光片的下方，用于將經(jīng)分光片分出的激光經(jīng)第二偏振片留下與x方向脈沖同步的脈沖。

14、一種基于上述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其包括：1）將長(zhǎng)方體雙折射晶體置于預(yù)先設(shè)定的高度的鏡片夾持架上，將第一片楔形晶體晶體適當(dāng)?shù)膴A持在手動(dòng)控制位移臺(tái)上，使得直角邊與激光入射方向垂直，手動(dòng)控制位移臺(tái)的行程方向與第一片楔形晶體的斜邊平行，將第二片楔形晶體放置于電動(dòng)位移臺(tái)上，第二片楔形晶體的斜邊與第一片楔形晶體的斜邊平行相對(duì)放置，并保證電動(dòng)位移臺(tái)的行程方向與第二片楔形晶體的斜邊平行；2）調(diào)節(jié)第一楔形晶體和第二片楔形晶體，確保相對(duì)的斜邊平行，并且兩塊晶體之間的距離盡可能接近；3）將晶體調(diào)節(jié)完成后，將電動(dòng)位移臺(tái)調(diào)至零點(diǎn)位置，引入氦氖指示光，調(diào)節(jié)手動(dòng)控制位移臺(tái)前后移動(dòng)第一片楔形晶體，在第一偏振片后觀察干涉圖樣，確保初始延時(shí)為0；4）在第二片楔形晶體和半波片之間引入分光鏡可分出激光，經(jīng)過(guò)第二偏振片留下與脈沖同步的脈沖用于二維紅外光譜實(shí)驗(yàn)的參考光。

15、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、1、本發(fā)明產(chǎn)生干涉的過(guò)程，45°偏振光通過(guò)長(zhǎng)方體雙折射晶體后變?yōu)橐粚?duì)具有一定延時(shí)的垂直偏振的脈沖，通過(guò)第一片楔形雙折射晶體延時(shí)抵消，由位移控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)位移臺(tái)上的雙折射晶體往返移動(dòng)實(shí)現(xiàn)一對(duì)脈沖延時(shí)的掃描，通過(guò)半波片與偏振片將兩束垂直偏振的脈沖投影到相同偏振實(shí)現(xiàn)干涉，在第二片楔片后放置分光片，分出的光束經(jīng)過(guò)偏振片后產(chǎn)生與泵浦光同步的探測(cè)光。隨后可在探測(cè)光路或泵浦對(duì)光路放置電動(dòng)位移臺(tái)，則可進(jìn)行二維光譜或泵浦探測(cè)光譜等實(shí)驗(yàn)。該方案可產(chǎn)生同源的泵浦光與探測(cè)光，可避免掃描過(guò)程中泵浦光與探測(cè)光之間延時(shí)的變化。

17、2、由于本發(fā)明是利用雙折射晶體不同偏振方向之間的折射率差值實(shí)現(xiàn)延時(shí)，因此會(huì)比一般的干涉儀具有更高的延時(shí)精度，采用低精度的電動(dòng)位移控制器便可實(shí)現(xiàn)高精度的延時(shí)，極大地降低了光路搭建的成本。

18、3、本發(fā)明的裝置僅由三塊雙折射晶體和一個(gè)位移控制器實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)難度較低，且體積較小，可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。

技術(shù)特征：

1.一種基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，雙折射晶體組包括長(zhǎng)方體雙折射晶體、第一片楔形晶體和第二片楔形晶體；

3.如權(quán)利要求2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，長(zhǎng)方體雙折射晶體的晶軸方向?yàn)閤方向，第一片楔形晶體和第二片楔形晶體的晶軸方向?yàn)閥方向。

4.如權(quán)利要求2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，第一片楔形晶體與第二片楔形晶體直角邊平行放置，并與光路垂直。

5.如權(quán)利要求2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，雙折射晶體組中的晶體都為鈮酸鋰晶體，其透光范圍覆蓋0.4～5.2?μm，工作波段覆蓋可見(jiàn)區(qū)至中紅外區(qū)。

6.如權(quán)利要求2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，長(zhǎng)方體雙折射晶體的表面所鍍抗反射膜為3000?cm-1?~?4000?cm-1，在3300?cm-1處的典型反射率低于0.4?%。

7.如權(quán)利要求2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，第一片楔形晶體的長(zhǎng)度小于第二片楔形晶體長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。

8.如權(quán)利要求1或2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，位移控制器包括手動(dòng)控制位移臺(tái)和電動(dòng)位移臺(tái)；

9.如權(quán)利要求1或2所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置，其特征在于，偏振片組包括第一偏振片和第二偏振片；

10.一種基于如權(quán)利要求1至9所述基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于楔形雙折射晶體的二維中紅外光譜儀裝置及方法，其包括：雙折射晶體組，固定于飛秒中紅外激光的光路中，以將飛秒中紅外激光變?yōu)閮墒穹较虼怪钡木哂醒訒r(shí)的脈沖；位移控制器，設(shè)置在雙折射晶體組上，用于控制雙折射晶體組的位置，以對(duì)兩束脈沖的延時(shí)連續(xù)變化進(jìn)行掃描；分光片和半波片依次設(shè)置在雙折射晶體組的后側(cè)光路中，由雙折射晶體組后輸出的兩束脈沖依次分光片和半波片后，進(jìn)入偏振片組，經(jīng)偏振片組將兩束垂直偏振的脈沖投影到相同偏振。本發(fā)明搭建簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的脈沖延時(shí)掃描方案。

技術(shù)研發(fā)人員：王建平,楊遠(yuǎn),楊帆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10