[发明专利]一种二维傅里叶变换电子光谱中的相位重构方法

说明书

本发明提供一种二维傅里叶变换电子光谱的相位重构方法，该方法至少包括光谱干涉的反演算，对频率调制的干涉光谱D(ω_t,τ)进行逆傅里叶变换，将时域中的直流和交流项过滤出来，然后将交流项通过离散傅里叶变换换回频域，可以重新得到S₀(ω_t)和f(ω_t)，通过S₀(ω_t)和f(ω_t)可以计算得到本地振荡脉冲的振幅和光子回波信号的振幅以及相位。本发明通过对相位误差来源的分析探究，发现二维电子光谱的相位误差与相干时间和探测时间的零延迟确定误差有一定的关联，有效地消除相干与发射轴上相位随发射频率的线性依赖，进而重构出真正的二维吸收光谱。

技术领域

本发明涉及光谱仪的相位矫正领域，特别是涉及一种二维傅里叶变换电子光谱中的相位重构方法。

背景技术

作为超快光谱中的一种有效探测手段，二维电子光谱(Two-DimensionalElectronic Spectroscopy, 2DES)已被成功用来探测复杂系统中电子及振动耦合等一系列基本过程的超快动力学信息。但在二维电子光谱的具体实施中仍存在三大技术挑战：首先，由于激发波长从紫外到近红外，实现亚波长范围的相位稳定性是非常困难的，不过目前针对此问题，可通过一些复杂精细的装置设计来解决，主要包括被动稳相和主动稳相；其次，在探测方向上，源于样品的散射同探测信号之间的叠加会对二维电子光谱引入实验误差，该散射干扰可通过调制锁相方法或相位循环测量的方法得到抑制；最后，在亚波长精度内精确确定二维电子光谱的相位信息是一个极大的挑战，因为相位的不确定性会导致二维光谱的实部和虚部混叠，致使二维吸收谱扭曲变形，因此，纠正相位模糊对于外差探测二维电子光谱实验中重构出正确完整的二维电子光谱至关重要。

针对上述二维电子光谱中的相位模糊问题，截止目前，主要有两种方法可以用作解决二维电子光谱的相位重构问题，即投影切片定理(projection-slice theorem)和预置全局相位 (presetting global phase)。

目前最为广泛使用的相位重构方法是投影切片定理，简单来说就是通过把二维光谱数据沿ω_τ轴上进行积分投影到ω_t轴，重现出光谱分辨的瞬态吸收光谱。在相位处理过程中，ω_t轴上的一维光谱需要乘上一个纠正相位因子项是一个相位常量，Δt_LO表示信号脉冲与本地振荡脉冲(Local Oscillator,LO)之间的时间间隔t_LO的零延迟时间误差。最近研究表明，仅对ω_t轴方向进行相位纠正来恢复二维光谱的相位是不够的，还有必要对ω_τ轴施加一个额外的限制，即沿ω_τ轴进行相位纠正。考虑到τ轴上的时间误差，相位纠正因子可以写为然而，该方法在实际实验中还存在一定的不足。首先，在该相位纠正过程中，需要同时对上述三个变量进行优化才能得到正确的泵浦探测光谱，而该优化程序伴随着繁杂的迭代拟合；其次，在作为补充的泵浦-探测实验中重复出完全相同的实验条件并非能够轻而易举实现。而且，相比于外差探测二维电子光谱，泵浦-探测实验信号有着较低的信噪比，正因如此，以一个较低的标准来衡量一个具有高信噪比的信号显然是不合理的。

为了避免相位畸变，另外一种行之有效的方法是完全确定脉冲序列的精确相位关系，并在数据采集之前预置激发脉冲正确的全局相位。实验上，通过使用CCD来观测记录四束光重叠区域的干涉条纹。通过匹配脉冲1和2、脉冲3和LO脉冲之间的空间干涉条纹来消除亚周期内的相位偏移。与之相似，通过测量散射光在焦点处的光谱干涉条纹也可以达到同样的目的。但问题在于，此类相位确定的方法并不是在样品的非线性相互作用区进行的，在该区域，样品中的传输效应可能会引起很小的相位误差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二维傅里叶变换电子光谱中的相位重构方法，有效地消除了相干与发射轴上相位随频率的线性依赖，进而重构出真正的二维吸收光谱，还原真实的物理本质。