[发明专利]基于π相位调制的时频二维相敏和频光谱界面检测方法

说明书

本发明公开了一种基于π相位调制的时频二维相敏和频光谱界面检测方法，所述检测方法包括以下步骤：在红外光脉冲光路中添加延时波片与相位调制器，对可见光脉冲做延时处理与π相位调制；可见光脉冲与红外光脉冲在空间与时间上相匹配，同时同地照射在样品界面上，并用CCD型光谱仪采集激发出来的二维和频光谱图；对二维和频光谱图进行数据处理，利用反演算法得到样品界面的分子响应函数的幅值、频率和相位信息。本发明可以同时准确地得到界面分子响应函数的幅值、频率和相位信息，是一种高效准确的界面分子信息采集方法。

技术领域

本发明涉及和频光谱界面检测技术领域，尤其涉及一种基于π相位调制的时频二维相敏和频光谱界面检测方法。

背景技术

分子界面指的是分子内部与外界环境之间的一个过渡区域，是物体最外面的几层分子与覆盖在其表面上的一些外来原子和分子所形成的表面层。界面分子与体相分子性质存在一定的差异性，而界面分子的相互作用对于物质宏观性质又有着重要的意义。因此，一个高效准确的界面分子信息采集方式显得尤为重要。

然而，界面分子信息采集技术存在着很大的难度。目前常用的手段如原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(SNM)、透射电子显微镜(TEM)等近场探测技术，可以探测与操控表面，能够精确的探测到表面分子结构和原子排布，在固体表面的研究中常使用。紫外电子光谱、X射线衍射等高能量射线技术可以用来探究物质系统表面组成、结构、原子带结构以及氧化钛性质等。这些研究使得对于表面以及界面的特性研究取得很大进步，但其在原理上完全不具备界面选择的特性。而且这些技术需要将样品置于真空中，很多都不具有非入侵性，更对样品有着一定的特殊要求。

和频光谱技术是一种行之有效的光学界面分析技术，研究表面通常更灵活且具有非入侵性、高选择性以及强灵敏度的优点，在界面分子特性的研究上有着广阔前景。目前应用较为广泛的是时间分辨和频光谱，时间分辨和频光谱在研究界面超快分子动力学、界面分子结构以及分子振动特性等方面具有独特的优势，但是它很难提取频率及相位信息。

发明内容

本发明提供了一种基于π相位调制的时频二维相敏和频光谱界面检测方法，本发明可以同时准确地得到界面分子响应函数的幅值、频率和相位信息，是一种高效准确的界面分子信息采集方法，详见下文描述：

一种基于π相位调制的时频二维相敏和频光谱界面检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

在红外光脉冲光路中添加延时波片与相位调制器，对可见光脉冲做延时处理与π相位调制；

可见光脉冲与红外光脉冲在空间与时间上相匹配，同时同地照射在样品界面上，并用CCD型光谱仪采集激发出来的二维和频光谱图；

对二维和频光谱图进行数据处理，利用反演算法得到样品界面的分子响应函数的幅值、频率和相位信息。

所述对二维和频光谱图进行数据处理，利用反演算法得到样品界面的分子响应函数的幅值、频率和相位信息的步骤具体为：

1)输入已知量；

即有可见光脉冲函数Vis(t)、红外光脉冲函数IR(t)和二维和频光谱谱图I，接着对二维光谱图I在空间方向上求和，得到界面的一阶极化率预测值P1′(t)；

2)利用时频二维和频光谱的正向算法，通过P1′(t)和Vis(t)得到模拟的二维和频光谱图I′(ω,τ)；即：

其中，ω是光谱频率，τ是可见光脉冲和红外脉冲时间延迟，i是虚数单位；Vis(t-τ)为有着时间延迟的可见光脉冲函数；dt为积分的单位；

3)令dI＝I′-I，对矩阵dI求和得到d；I′为模拟的二维和频光谱；

设定阈值m，如果d小于m，则可以认为模拟的二维和频光谱与真实光谱非常接近，即此时输入的模拟一阶极化率就是真实的一阶极化率；