專利名稱：消除光柵單色儀時(shí)間彌散的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中，涉及應(yīng)用于瞬態(tài)光學(xué)和超快速光譜學(xué)的一種消除單色儀時(shí)間彌散的方法。
背景技術(shù)：
在瞬態(tài)光學(xué)、超快速光譜中，經(jīng)常需要從光的能量和時(shí)間特性兩個(gè)方面研究光場(chǎng)。在光譜能量分辨基礎(chǔ)上進(jìn)行光譜時(shí)間高分辨研究，是研究微觀體系動(dòng)力學(xué)過(guò)程，探索微觀作用機(jī)制與宏觀性質(zhì)內(nèi)在聯(lián)系的主要方法。
光強(qiáng)隨波長(zhǎng)的變化。主要技術(shù)指標(biāo)是色散率，分辨本領(lǐng)，聚光本領(lǐng)，進(jìn)行光譜能量分辨的主要光學(xué)設(shè)備是單色儀，分解被測(cè)光，得到而不考慮光子渡越時(shí)產(chǎn)生時(shí)間彌散大小。
圖1為單色儀時(shí)間彌散示意圖入射狹縫1-3，出射狹縫1-5，入射光脈沖1-9，出射光脈沖1-11，光柵a，入射凹面鏡b，出射凹面鏡c。
光譜時(shí)間分辨主要是觀察光譜隨時(shí)間變化。問(wèn)題在于當(dāng)光子進(jìn)入單色儀入射狹縫，并從單色儀出射狹縫射出需要渡越時(shí)間，在單色儀通光孔徑中不同路徑其光程不同，由于光速是一定的，則不同路徑光子渡越時(shí)間不同，光子渡越時(shí)間出現(xiàn)彌散，光傳播中波面發(fā)生變化，從而使入射短脈沖光經(jīng)過(guò)單色儀到出射狹縫時(shí)已被展寬。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，這一時(shí)間彌散在幾十到幾百皮秒，嚴(yán)重改變被測(cè)光的時(shí)間特性。例如用條紋相機(jī)做瞬態(tài)光學(xué)信號(hào)測(cè)量，若選擇條紋相機(jī)的時(shí)間分辨率為2PS時(shí)，而使用單色儀做光譜分辨時(shí)，幾個(gè)皮秒的被測(cè)光脈沖通過(guò)單色儀將被展寬數(shù)十至數(shù)百皮秒，使得測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失實(shí)。
本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容為了解決背景技術(shù)嚴(yán)重改變被測(cè)光脈沖的時(shí)間特性問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種既適于光譜能量分辨，又適于光譜時(shí)間分辨的單色儀，這種方法就是利用光程補(bǔ)償消除單色儀時(shí)間彌散的方法。
單色儀通光孔徑中不同光線的光程差是由于入射凹面鏡和出射凹面鏡的傾斜，光柵的偏轉(zhuǎn)和掃描等因素引起，這個(gè)光程差隨光柵掃描而變化。光程不能抵消相減，本發(fā)明利用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟ_(dá)到平衡，使光程差趨于最小，從而消除時(shí)間彌散。
本發(fā)明如圖2包括單色儀2-1、時(shí)間彌散補(bǔ)償器2-2、入射狹縫2-3、中間狹縫2-4、出射狹縫2-5、入射光子群2-6、中間光子群2-7、出射光子群2-8、入射光脈沖2-9、中間光脈沖2-10、出射光脈沖2-11，首先選擇在時(shí)間上具有一致性的入射光子群，使入射光子群進(jìn)入入射狹縫，入射光子群經(jīng)由不同路徑、渡越不同光程，于中間狹縫處在時(shí)間上拉開(kāi)間隔，形成有順序排列的中間光子群即被展寬的中間光脈沖；利用時(shí)間彌散補(bǔ)償器使中間光子群的各光子光程分別受到不同大小的補(bǔ)償，從而使各光子從入射狹縫到出射狹縫的總光程基本相等，從而使出射光子群基本恢復(fù)到入射光子群的時(shí)間一致性，利用時(shí)間彌散補(bǔ)償器補(bǔ)償后的出射光脈沖恢復(fù)到入射光脈沖的波形，并且使出射狹縫輸出單色光。
時(shí)間彌散補(bǔ)償器的制作是采用分區(qū)域補(bǔ)償，使單個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間彌散不超過(guò)10PS，在出射狹縫處的光強(qiáng)為各分區(qū)的光強(qiáng)迭加，時(shí)間彌散等于單個(gè)區(qū)域的時(shí)間彌散。
采用本發(fā)明的方法中的時(shí)間彌散補(bǔ)償器解決了背景技術(shù)嚴(yán)重改變被測(cè)光脈沖時(shí)間特性的問(wèn)題，消除了單色儀的時(shí)間彌散，或把其時(shí)間彌散降低到能接受的程度，從而使單色儀既適于光譜能量分辨，又適于光譜時(shí)間分辨。本發(fā)明的方法在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料和信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)中均有廣泛的應(yīng)用，如原子分子，團(tuán)簇，低維結(jié)構(gòu)，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，光功能材料和器件，電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，光合作用吸能、傳能和轉(zhuǎn)能，藥物鑒別，免疫分析等技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為背景技術(shù)單色儀時(shí)間彌散示意2為本發(fā)明消除時(shí)間彌散單色儀原理示意3為本發(fā)明實(shí)施例消除時(shí)間彌散單色儀的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖3所示包括入射狹縫3-3、出射狹縫3-5、入射光脈沖3-9、出射光脈沖3-11、光柵A、入射凹面鏡B、時(shí)間彌散補(bǔ)償器C。
本發(fā)明采用隨動(dòng)階梯凹面鏡補(bǔ)償式消除時(shí)間彌散單色儀，入射狹縫3-3、出射狹縫3-5均采用普通狹縫。光柵A采用反射式衍射光柵。入射凹面鏡B采用普通的凹面鏡。時(shí)間彌散補(bǔ)償器C采用隨動(dòng)階梯凹面鏡，要實(shí)現(xiàn)階梯凹面鏡各區(qū)域的時(shí)間彌散的不累加，這就要求各區(qū)域的對(duì)應(yīng)點(diǎn)不存在光程差；要實(shí)現(xiàn)光柵A掃描過(guò)程中的補(bǔ)償，這又要求階梯凹面鏡各區(qū)域與光柵A掃描隨動(dòng)。除此外時(shí)間彌散補(bǔ)償器C還可以采用對(duì)單色儀有對(duì)稱關(guān)系的時(shí)間彌散補(bǔ)償器。
階梯凹面鏡是采用分區(qū)域補(bǔ)償，使單個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間彌散不超過(guò)10PS，在出射狹縫處的光強(qiáng)為各分區(qū)的光強(qiáng)迭加，時(shí)間彌散等于單個(gè)區(qū)域的時(shí)間彌散，而不是各區(qū)域的時(shí)間彌散的累加，使時(shí)間彌散降低到能接受的程度。
階梯凹面鏡的制作階梯凹面鏡采用若干塊玻璃滑塊組成，階梯凹面鏡采用若干塊3mm厚的K9玻璃滑塊組成，在它們的端面研磨成凹面鏡。階梯凹面鏡面形與圖1中的出射凹面鏡c相同，階梯凹面鏡的光軸方向與滑塊的邊棱的關(guān)系是當(dāng)滑塊的邊棱與圖3中的光柵A衍射的單色光線方向一致時(shí)，該階梯凹面鏡的光軸通過(guò)出射狹縫，滑塊隨光柵A的移動(dòng)應(yīng)使時(shí)間彌散最小。
權(quán)利要求
1.消除光柵單色儀時(shí)間彌散的方法，首先選擇在時(shí)間上具有一致性的入射光子群2-6，使入射光子群2-6進(jìn)入入射狹縫2-3，入射光子群2-6經(jīng)由不同路徑、渡越不同光程，于中間狹縫2-4處在時(shí)間上拉開(kāi)間隔，形成有順序排列的中間光子群2-7即被展寬的中間光脈沖2-10；其特征在于利用時(shí)間彌散補(bǔ)償器2-2使中間光子群2-7的各光子光程分別受到不同大小的補(bǔ)償，從而使各光子從入射狹縫2-3到出射狹縫2-5的總光程基本相等，從而使出射光子群2-7基本恢復(fù)到與入射光子群2-6的時(shí)間一致性，利用時(shí)間彌散補(bǔ)償器2-2補(bǔ)償后的出射光脈沖2-11恢復(fù)到入射光脈沖2-9的波形，并且使出射狹縫2-5輸出單色光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除光柵單色儀時(shí)間彌散的方法，其特征在于時(shí)間彌散補(bǔ)償器2-2的制作是采用分區(qū)域補(bǔ)償，使單個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間彌散不超過(guò)10PS，在出射狹縫2-5處的光強(qiáng)為各分區(qū)的光強(qiáng)迭加，時(shí)間彌散等于單個(gè)區(qū)域的時(shí)間彌散。
全文摘要
本發(fā)明涉及應(yīng)用于瞬態(tài)光學(xué)和超快速光譜學(xué)消除單色儀時(shí)間彌散的方法。入射光子群進(jìn)入入射狹縫從時(shí)間上拉開(kāi)間隔、形成中間光子群；利用時(shí)間彌散補(bǔ)償器使中間光子群的各光子光程分別受到不同大小的補(bǔ)償，使各光子的總光程相等，使出射光子群恢復(fù)到與入射光子群的時(shí)間一致性，利用時(shí)間彌散補(bǔ)償器補(bǔ)償后的出射光脈沖恢復(fù)到入射光脈沖的波形，使出射狹縫輸出單色光。消除了單色儀的時(shí)間彌散，既適于光譜能量分辨，又適于光譜時(shí)間分辨。本發(fā)明在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料和信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)中應(yīng)用，如原子分子，團(tuán)簇，低維結(jié)構(gòu)，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，光功能材料和器件，電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，光合作用吸能、傳能和轉(zhuǎn)能，藥物鑒別，免疫分析等技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01J3/02GK1504730SQ0214471
公開(kāi)日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者林久令, 張秀峰, 王彩霞, 韓柄東, 孫宏海, 高長(zhǎng)艷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研