[发明专利]一种相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置和方法

权利要求书

1.一种相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于，包括：

第一激光部件，用于产生泵浦脉冲光束和探测脉冲光束，所述第一激光部件包括第一飞秒激光器、第一分束片、第一光学延迟装置和激光调整装置，所述第一飞秒激光器产生的脉冲激光经所述第一分束片后分出两束激光，其中一束激光依次经所述激光调整装置射出形成泵浦脉冲光束；另外一束激光依次经所述第一光学延迟装置射出形成探测脉冲光束；

第二激光部件，用于产生斯托克斯光束，包括第二飞秒激光器、第二光学延迟装置、电光调制装置，所述第二飞秒激光器产生的脉冲激光依次经过所述第二光学延迟装置、电光调制装置，形成调制后的斯托克斯光束；

光路部件，包括第一二向色镜、第二二向色镜、聚焦物镜，所述探测脉冲光束和所述斯托克斯光束经所述第一二向色镜后和所述泵浦脉冲光束通过所述第二二向色镜经所述聚焦物镜进行聚焦后照射于一样品，其中，所述泵浦脉冲光束还经所述第二二向色镜分出另外一束入射一同步参考信号光电探测器形成用于测量的同步参考信号；

接收部件，包括聚焦目镜、衍射光栅、同步参考信号光电探测器和光电二极管探测器阵列、光电转换装置、多通道数字锁相放大器，照射在所述样品产生的反斯托克斯光束经过所述聚焦目镜后，汇聚入射于所述衍射光栅形成衍射光束，所述衍射光束按照波长依次分布于所述光电二极管探测器阵列，所述光电转换装置调整从所述光电二极管探测器阵列输入的信号后向所述多通道数字锁相放大器输入信号，与所述同步参考信号光电探测器产生的同步参考信号利用数字锁相放大技术做解调，获得各个波长的光强测量信息；

还包括存储器，所述存储器与所述多通道数字锁相放大器连接，所述多通道数字锁相放大器解调后获得各个波长的光强测量数据并将各组所述光强测量数据写入所述存储器；

采用上述相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描方法，包括：

将泵浦脉冲光束、探测脉冲光束和斯托克斯光束聚焦于样本产生的反斯托克斯光束经衍射光栅形成衍射光束；

所述衍射光束按照波长依次分布于光电二极管探测器阵列，每组光电二极管探测器作为独立通道检测对应位置波长光强，形成多组电信号；在所述光电二极管探测器阵列生成电信号之后，还包括：

所述电信号经过多路输入的光电转换装置的信号调整后的信号作为所述多通道数字锁相放大器的输入信号；

通过多通道数字锁相放大器利用所述电信号与根据所述泵浦脉冲光束获取的同步参考信号解调获得各组电信号对应的光强测量信息。

2.如权利要求1所述的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于：所述第一激光部件还包括第一反射镜和第二反射镜，从所述第一光学延迟装置射出的所述探测脉冲光束经第一反射镜射出；从所述激光调整装置射出的所述泵浦脉冲光束经所述第二反射镜射出。

3.如权利要求2所述的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于：所述第二激光部件还包括第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，所述第二飞秒激光器产生的脉冲激光依次经过所述第三反射镜、第二光学延迟装置、第四反射镜、电光调制装置和第五反射镜，形成调制后的斯托克斯光束。

4.如权利要求1所述的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于：所述激光调整装置包括必要的透镜、非线性光学晶体材料、半波片、偏振片和滤光片，实现将电信号加载到光波上并使得光波的参数按照电信号的规律发生变化，通过在激光器的外部设置调制器，根据控制计算机提供的信号，选用聚合物材料制成的铌酸锂晶体材料作为相位调制器和强度调制器的主要调制材料。

5.如权利要求4所述的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于：所述电光调制装置调节所述泵浦脉冲光束的延时间隔，在时域上形成脉冲包络为周期可控的、幅度波形可变的脉冲波形，所述电光调制装置调节调制所述泵浦脉冲光束的波形为频率、占空比可调的方波、正弦波、三角波中的一种。

6.如权利要求1所述的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于：所述泵浦脉冲光束通过第一飞秒激光器产生的脉冲激光通过激光调整装置形成，所述探测脉冲光束通过所述脉冲激光入射至第一光学延迟装置形成。

7.如权利要求6所述的相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置，其特征在于：根据所述泵浦脉冲光束获取的同步参考信号包括：

选取所述泵浦脉冲光束对应的脉冲的幅值的一半作为该脉冲的幅值记录的触发信号以记录所述脉冲的幅值和时间信息，其中，记录的时间不超过标称飞秒激光器的脉冲宽度；

采用滞回比较的方法设定触发记录的脉冲幅值为脉冲全高的45％～55％；

使用所述多通道数字锁相放大器对记录脉冲信号的最大值进行相位检测，锁定相位后产生时域上与待测脉冲信号重复频率高度一致的同步参考信号；

通过多通道数字锁相放大器利用所述电信号与所述泵浦脉冲光束对应的同步参考信号解调获得各个波长的光强测量信息的步骤包括：

通过锁相环锁定斩波控制器提供的同步触发信号的相位，以及，

根据参考信号检测器检测的同步参考信号产生与像素信号进行相敏检测的正弦信号，从而对所述光电二极管探测器阵列的光强进行锁定放大。