[发明专利]一种非共线光参量放大荧光光谱仪的数据采集方法

说明书

本发明涉及一种非共线光参量放大荧光光谱仪的数据采集方法，在非共线光参量放大过程中，基于泵浦光、荧光路和闲频光光路满足能量守恒和动量守恒，荧光路与闲频光光路强度具有高度相关性，通过分别采集能量放大后的待测荧光信号和闲频光信号，并将两者取样的结果做相关运算，得到待测荧光与闲频光在零延迟时的互相关结果，并以其正平方根结果表示待测荧光在动力学曲线上不同时间延迟的信号值。本发明可以更加有效地消除非共线光参量放大荧光光谱仪系统的噪声，提高所得荧光动力学曲线的信噪比，实现更高时间分辨率的荧光光谱仪，减少测量所需时间，保证活性样品测量结果的准确性。

技术领域

本发明涉及一种超快时间分辨荧光光谱测量技术，具体地说是一种非共线光参量放大荧光光谱仪的数据采集方法。

背景技术

非共线光参量放大荧光光谱技术的时间分辨率可以达到10飞秒量级，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。非共线光参量放大荧光光谱技术的工作原理如图1(Journal Of The Optical Society Of American B,2009,26,8,1627)所示。图1中“Signal”表示待测量荧光，“Pump”表示飞秒脉冲激光，即泵浦光。通常待测荧光(Signal)的持续时间远大于飞秒脉冲激光(Pump)的持续时间。在非线性光学晶体(通常BBO晶体)内，待测荧光(Signal)与飞秒脉冲激光(Pump)发生非共线光参量放大过程，使得与飞秒脉冲激光(Pump)同时通过非线性光学晶体的待测荧光的能量得到放大。飞秒脉冲激光(Pump)对待测荧光(Signal)的能量放大作用可以实现对待测荧光(Signal)的门选择。通过调节飞秒脉冲激光(Pump)与待测荧光(Signal)的光程差，实现门选择的时间延迟调节，从而获得待测荧光(Signal)的动力学曲线。对于非共线光参量放大荧光光谱技术，门选择的时间宽度主要由飞秒激光脉冲(Pump)的脉冲宽度决定，因此非共线光参量放大荧光光谱技术的时间分辨率可以达到10飞秒量级。另一方面，门选择获取的荧光光子数量直接影响非共线光参量放大荧光光谱技术测量结果的信噪比。设单脉冲激光激发样品产生的光子数为N，样品的荧光寿命为τ₀，而门选择的宽度为Δτ，则非共线光参量放大荧光光谱技术所得信噪比SNR可以表示为：

由(1)式可知信噪比SNR与非共线光参量放大荧光光谱技术的时间分辨率存在相互制约关系。时间分辨率越高，即Δτ越小，非共线光参量放大荧光光谱技术所得信号的信噪比SNR越小。因此对于非共线光参量放大荧光光谱技术，信号采集过程中的噪声消除非常关键。而现有的非共线光参量放大荧光光谱技术，只对能量放大的待测荧光(Signal)信号进行采集，并依靠多次累加测量结果，达到消除噪声的目的，进而提高所得荧光动力学曲线的信噪比。对于非共线光参量放大荧光光谱技术，单纯测量能量放大的待测荧光(Signal)信号的数据采集方法，具有以下两个方面的缺陷。第一，为了实现累加测量结果，消除噪声，需要进行多次数据测量，延长数据采集时间。但对于需要短时间内完成测量的样品，延长数据采集时间并不适合。如生物样品，长时间测量后其活性消失，则会影响测量结果的准确性。第二，当待测荧光(Signal)信号幅度小于噪声幅度时，多次累加测量结果并不能有效消除噪声。

综上所述，现有非共线光参量放大荧光光谱技术的数据采集方法需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种非共线光参量放大荧光光谱仪的数据采集方法，以解决现有技术中噪声无法有效消除以及数据采集时间过长而难以保证样品测量结果准确性问题。

本发明是这样实现的：一种非共线光参量放大荧光光谱仪的数据采集方法，在非共线光参量放大过程中，基于泵浦光、荧光光路和闲频光光路满足能量守恒和动量守恒，荧光光路与闲频光光路的信号强度具有高度相关性，通过分别采集能量放大后的待测荧光信号和闲频光信号，并将两者取样结果做相关运算，得到待测荧光与闲频光在零延迟时刻的互相关值，并以其正平方根结果表示待测荧光在动力学曲线上不同时间延迟时刻的信号值。