[发明专利]自动化的延迟线对准

说明书

本发明涉及自动化的延迟线对准。本发明提供一种系统和方法，其用于在进行测量过程之前在诸如泵浦‑探测装置的光谱测量装置中预对准光束，这消除通过调节在测量方法过程中传送光束的元件(例如，反射镜)来监控或修改光束轨迹的需要。

本发明申请是基于申请日为2017年6月12日，申请号为201780003671.5(国际申请号为PCT/US2017/036961)，发明名称为“自动化的延迟线对准”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施方案涉及用于在进行测量过程之前通过光门控(泵浦-探测)光谱仪中的可移动光延迟线对准光束的系统和方法。公开的对准过程在延迟线之后将光束预对准到期望和恒定的指向(轨迹)，而不需要通过调节在泵浦-探测测量过程中传输光束的元件(例如反射镜)来进一步修改射束轨迹。

背景技术

光学门控光谱方法(泵浦-探测瞬态吸收、升频转换荧光等)广泛用于研究快速光诱导过程(例如化学反应等)。在泵浦探测设置中，激光束分为泵浦脉冲和瞬时延迟探针脉冲。一般而言，样品用激光束泵脉冲进行照射，从而在样品中产生激发(或其它扰动)。然后，在可调节的时间延迟之后和激发态弛豫的同时，将激光束探测脉冲发送到样品中。通常用光延迟线控制泵浦探测脉冲时间延迟。通过分析来自探测脉冲的光的强度，测量样品的透射率或反射率。激光束泵浦脉冲和探针脉冲的照射和分析在一系列泵浦-探测时间延迟上重复，以测量在激光束泵浦脉冲的周期性激发之后样品随时间的光致变化。

光延迟线通常通过精确地控制可移动的后向反射器沿着轨道的定位(位置)进行工作。在后向反射器中，光束进入并且沿着与光束源方向平行但相反的矢量反射回来。后向反射器沿着轨道的位置的任何变化都会影响到光束在到达样品前必须行进的路径长度。人们可以根据光速计算激光脉冲在多大程度上随着后向反射器沿着轨道的位置变化而延迟。通过监视激光束探测脉冲随着时间延迟的变化，可以获得样品中产生的激发衰减或激光束泵脉冲启动的其它过程或活动的信息。

图1示出常规泵浦探测装置的实施方式。如所示的，泵浦探测装置10包括产生激光束14的激光源12和将激光束14分成泵浦脉冲束18和探测脉冲束20的半透明分束器16。两个激光束遵循不同的光路但在空间上重叠在样品22中。泵浦脉冲束18经由一系列反射镜引导至样品22，并且传入的探测脉冲束20a引导至可变(电动)的光延迟线24。光延迟线24是反射装置，其包括安装在电动平移台28(安装平台)上的后向反射器组件30，该电动平移台28通常可在球轴承上移动并且可以手动地或通过电机沿着轨道或轨迹移动(箭头)。一般而言，后向反射器是设计用于显示回射的光学装置，并且通常由三个反射镜组成，这些反射镜布置成形成立方体的角落(例如，角落立方体后向反射器、空心立方体后向反射器等)。为了说明的目的，图1中的后向反射器组件30示为具有两个反射镜30a、30b。在测量周期的过程中，具有后向反射器组件30的平移台28沿着轨道平移，以便改变相对于泵浦脉冲束18长度的探头脉冲束20的束路径长度，从而将探测脉冲束向样品的传送延迟一段时间。来自后向反射器组件30的输出探测束20b由反射镜30b沿着从延迟线到反射镜32的下游的轨迹引导，然后到达反射镜34，该反射镜34将光束引导到样品22上。在通过样品的反射或透射之后，监测探测光束20的强度。

入射探测光束20a与可移动光延迟线24的后向反射器组件30在沿着轨道的不同位置处的正确对准是泵浦-探测测量实验的关键要求，因为在延迟线轨道上的任何点(箭头)，输出的探测脉冲束20a指向延迟线24需要在测量过程中保持沿着相同的轨迹(箭头→)。这是通过在入射光束进入延迟线24之前通过反射镜16、26适当地对准入射光束20a来实现的。如果入射光束20a轨迹不与平移台的适当轴对齐，则从后向反射器发出的探测脉冲束20b的指向和轨迹在测量过程中将随着平移台28(和后向反射器)沿着轨道(箭头)平移(移动)而变化。这将进而影响样本中泵浦光束18和探测光束20的空间重叠并且导致不准确的数据。然而，通过光延迟线24的平移台28和后向反射镜30a、30b实现入射探测光束20a的准确对准是耗时的并且需要特殊的技术培训。