[发明专利]一种非共线光参量放大荧光光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于超快时间分辨荧光光谱测量技术领域，尤其涉及一种非共线光参量放大荧光光谱仪。

背景技术

超快时间分辨荧光光谱测量技术是光物理、光化学、生物等领域重要技术手段，用于分析体系内的能量传递、电子转移，以及结构变化等过程。目前光学方法实现超快时间分辨荧光光谱测量方法包括荧光上转换技术、光克尔门技术以及非共线光参量放大荧光光谱技术。相对于前两者，非共线光参量放大荧光光谱技术具有高增益、宽增益带宽、低探测极限的优势。通常的非共线光参量放大荧光光谱仪的结构如图1所示。其中1为激光光源，2为光分束片，3为样品激发光部分，4为聚焦透镜一，5为样品池，6为荧光收集和会聚系统，7为光延迟系统，8为荧光放大泵浦光产生部分，9为聚焦透镜二，10为光参量晶体，11为信号采集系统。

其中利用非共线光参量放大荧光光谱仪进行光谱测量时，荧光收集和会聚系统6是非常重要的一个环节。目前常用的三种荧光收集和会聚系统如图2a、2b和2c所示。上述三种荧光收集和会聚方法存在一个共性缺陷，即透射样品的激发光与样品受激后初始时刻辐射的荧光几乎同时到达光参量晶体。由于非共线光参量放大荧光光谱仪具有宽增益带宽的特性，当自发辐射荧光相对激发光频率移动较小时，透射样品的激发光和荧光会同时处在系统增益带宽内。非共线光参量放大荧光光谱仪的上述特点使得透射样品的激发光和样品初始时刻辐射的荧光同时被放大，并进行放大能量竞争。透射样品激发光为相干光，相对非相干荧光在光参量放大过程具有更高的增益，因此样品受激后初始时刻的荧光放大信号会发生严重畸变。虽然高通滤光片能够抑制激发光，但并不能完全消除较强透射激发光。特别对于低荧光效率的样品，为增加荧光光强，必须增加激发光强度。

综上所述，现有非共线光参量放大荧光光谱仪中荧光采集和会聚方式需要进一步改进。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有非共线光参量放大荧光光谱仪中，透射样品的激发光和样品初始时刻辐射的荧光同时被放大的问题，提供一种非共线光参量放大荧光光谱仪，能够使透射样品的激发光的光程小于荧光的光程。

本发明提供一种非共线光参量放大荧光光谱仪，包括荧光收集和会聚系统，用于对样品受激产生的荧光进行收集和会聚，所述荧光收集和会聚系统包括具有中心孔的凸面镜和具有中心孔的凹面镜，凸面镜与凹面镜共轴放置，且凸面镜的凸面与凹面镜的凹面相对，且凸面镜的中心孔与凹面镜的中心孔位于所述轴上。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中样品放置在凸面镜的与凹面镜相反的一侧。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中透射样品的激发光经所述凸面镜的中心孔和所述凹面镜的中心孔透射。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中样品受激产生的荧光穿过凸面镜的中心孔后入射到凹面镜上，并被凹面镜反射回到凸面镜，然后被凸面镜反射并穿过凹面镜的中心孔。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中所述荧光收集和会聚系统的垂直放大率在5-15之间。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中所述荧光收集和会聚系统的垂直放大率为10。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中所述荧光收集和会聚系统的荧光收集空间角在0.01×4π至0.5×4π之间。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中所述荧光收集和会聚系统的荧光收集空间角为0.02×4π。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中在光路中，所述荧光收集和会聚系统的下游具有长波带通滤光片。

根据本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，其中所述荧光收集和会聚系统为卡塞格林（Cassegrain）系统。

本发明提供的非共线光参量放大荧光光谱仪，能够使透射样品的激发光的光程小于荧光的光程，从而避免透射样品的激发光和样品初始时刻辐射的荧光同时被放大。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为现有的非共线光参量放大荧光光谱仪的结构示意图；

图2a-2c为现有的荧光收集和会聚系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的非共线光参量放大荧光光谱仪的光路示意图；

图4为根据本发明一个实施例的荧光收集和会聚系统的结构示意图；

图5为利用本发明一个实施例提供的光谱仪测量的532nm脉冲光激发若丹明6G的荧光动力学的571nm处单波长数据采集结果；