(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210382780.5 (22)申请日 2022.04.13 (71)申请人 大连创锐光谱科技有限公司 地址 116024 辽宁省大连市高新 技术产业 园区汇贤园7号1层# 01-02室 (72)发明人 金盛烨　杨一鑫　刘俊学　汤玉宁　 纪磊　 (74)专利代理 机构 大连大工智讯专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 2124 4 专利代理师 梁左秋 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/31(2006.01) G01N 21/39(2006.01) G01N 21/59(2006.01) (54)发明名称 基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像 系统及方法 (57)摘要 本发明涉及光学检测技术领域， 提供一种基 于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 包括： 飞秒光源模块、 延 迟线平台模块、 探测白光 产生模块、 激发光斩波模块、 光束合束匀化模块、 样品仓模块、 检测模块和系统控制模块。 飞秒激 光器输出飞秒脉冲激光， 经过分束片进行分束， 一部分光作为激发光进入参量放大器； 另一部分 光为探测光的基频光输出至延 迟线平台模块； 延 迟线平台模块， 使探测光相对激发光延迟照射到 样品上； 探测白光产生模块， 将延迟线平台模块 输出的探测光的基频光转换成探测白光； 激发光 斩波模块， 将参量放大器输出的激发光进行光学 斩波， 形成泵浦激发光。 本发明能够实现系统的 一次成像、 快速成像， 大大提高了系统的采集效 率。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114755183 A 2022.07.15 CN 114755183 A 1.一种基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在于， 包括： 飞秒光源 模块(Ⅰ)、 延迟线平台模块( Ⅱ)、 探测白光产生模块( Ⅲ)、 激发光斩波模块( Ⅳ)、 光束合束匀 化模块(Ⅴ)、 样品仓模块( Ⅵ)、 检测模块( Ⅶ)和系统控制模块( Ⅷ)； 所述飞秒光源 模块(Ⅰ)， 包括： 飞秒激光器(1)、 分束片(2)和参 量放大器(3)； 所述飞秒激光器(1)输出飞秒脉冲激光， 经过分束片(2)进行分束， 一部分光作为激发 光进入参 量放大器(3)； 另一部分光 为探测光的基频光输出至延迟线平台模块( Ⅱ)； 所述延迟线平台模块( Ⅱ)， 对探测光的基频光进行光程控制， 使探测光相对激发光延 迟照射到样品上； 所述探测白光产生模块( Ⅲ)， 将延迟线平台模块( Ⅱ)输出的探测光的基频光转换成探 测白光； 所述激发光斩波模块( Ⅳ)， 将参量放大器(3)输出的激发光进行光学斩波， 形成泵浦激 发光； 所述光束合束匀化模块( Ⅴ)， 包括： 合束分束片(17)和光斑匀化装置(18)； 所述合束分束片(17)， 透过50 ％的探测白光， 反射50 ％的泵浦激发光， 将探测白光和泵 浦激发光形成同轴共线的状态， 合成合束光； 所述光斑匀化装置(18)， 对合束光进行光斑匀化处 理； 所述样品仓模块( Ⅵ)， 包括： 依次设置的第一物镜(19)、 第二物镜(21)和透镜(22)； 所 述第一物镜(19)和第二物镜(21)的焦距相同； 所述第一物镜(19)与第一物镜(19)的焦点之 间放置样品(20)； 所述第二物镜(21)后设置可切换的滤光片； 合束光经过第一物镜(19)对样品(20)进行面激发， 光透过样品(20)后， 用相同焦距的 第二物镜(21)对光进行收集， 使探测白光和泵浦激发光再次变成平行光； 透镜(22)进行聚 焦； 所述检测模块( Ⅶ)， 包括： 探测光检测器(23)； 所述探测光检测器(23)， 采集透镜(22) 聚焦后的光； 所述探测光检测器(23)采用面阵C CD； 所述系统控制模块( Ⅷ)， 包括： 工控机(25)和计数器(24)； 所述计数器(24)分别与飞秒激光器(1)、 激发光斩波模块( Ⅳ)和探测光检测器(23)信 号连接； 所述工控机(25)分别与计数器(24)、 延迟线平台模块( Ⅱ)、 激发光斩波模块( Ⅳ)和探 测光检测器(23)信号连接 。 2.根据权利要求1所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在 于， 所述飞秒 激光器(1)输出200nm—2000nm的连续飞秒脉冲激光作为激发光， 输出800nm或 1030nm脉冲光 为探测光的基频光。 3.根据权利要求1所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在 于， 所述延迟线平台模块( Ⅱ)， 包括： 延迟线平台(4)和平台外反射镜(5)； 延迟线平台(4)和平台外反射镜(5)分别安装在第一 位移台上。 4.根据权利要求3所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在 于， 所述延迟线平 台模块(Ⅱ)的移动范围为0至300mm， 所述延迟线平 台模块(Ⅱ)对探测光 的延迟时间为0 至8ns。 5.根据权利要求1或4所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114755183 A 2在于， 所述探测白光产生模块( Ⅲ)， 包括： 依次设置的第一平凸透镜(6)、 第一衰减片(7)、 造 白光晶体(8)、 第二平凸透 镜(9)、 第二衰减片(10)和第一滤光片(1 1)。 6.根据权利要求5所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在 于， 所述激发光斩波模块( Ⅳ)， 包括： 依次设置的第二回射镜(12)、 第一光阑定位装置(13)、 斩波器(14)、 第三衰减片(15)和第二光阑定位装置(16)； 其中， 所述斩波器(14)与系统控制 模块(Ⅷ)信号连接 。 7.根据权利要求1所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在 于， 所述样品仓模块( Ⅵ)配置第二 位移台； 所述第一物镜(19)、 第二物镜(2 1)、 样品(20)放置在第二位移台上， 通过第二位移台调 整第一物镜(19)、 第二物镜(21)、 样品(20)的位置 。 8.根据权利要求6所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系统， 其特征在 于， 所述计数器(24)采用N I‑PCIe6612型号的计数器； 所述计数器(24)根据飞秒激光器(1)输入的同步信号A， 生成频率为A/2的斩波器触发 信号B， 输出 给斩波器(14)； 所述计数器(24)再根据斩波器触发信号B， 生成频率为2B的探测光检测器触发信号C， 输出给探测光检测器(23)； 通过此三个信号的同步， 实现飞秒激光器(1)、 斩波器(14)和探测光检测器(23)的同步 输出。 9.一种根据权利要求1至8任一项所述的基于面阵CCD的超快泵浦探测瞬态吸收成像系 统的成像方法， 其特 征在于， 包括以下 过程： 步骤100， 进行系统配置： 打开设备电源， 设置飞秒激光器(1)输出， 设置参量放大器(3) 输出相应波长的光作为测试系统的激发光， 将样品放置在样品仓模块( Ⅵ)上样品放置位 置， 并设置成像系统扫描参数； 步骤200， 工控机(25)对计数器(24)、 延迟线平台模块( Ⅱ)、 激发光斩波模块( Ⅳ)和探 测光检测器(23)进行初始化； 工控机(25)控制计数器(24)接收飞秒激光器(1)的同步信号 A， 同步信号A的频率为f， 并根据此同步信号A 生成频率为f/2的斩波器触发信号B， 输出给斩 波器(14)， 实现激发光泵浦激发； 步骤300， 工控机(25)控制系统， 对样品进行超快泵浦探测瞬态吸 收成像； 步骤400， 工控机(25)控制扫描开始， 工控机(25)延迟线平台模块( Ⅱ)按照步骤300设 置的扫描参数进 行移动， 每移动一个点稳定后， 工控机(25)控制计数器(2 4)根据信号B生 成 频率为f的探测光检测器触发信号C， 输出给探测光检测器(23)， 控制探测光检测器(23)进 行扫描， 得到每一个延时时刻下， 激发态透过光 强和未激发态透过光强数据， 进而 得到瞬态 吸收信号； 步骤500， 记录瞬态吸 收信息、 延迟信息和成像 像素信息， 为 最终的系统数据， 并保存。 10.根据权利要求9所述的成像方法， 其特 征在于， 所述 步骤300， 包括以下 过程： 步骤301， 飞秒激光器(1)输出飞秒脉冲激光， 经过分束片(2)进行分束， 一部分光作为 激发光进入参量放大器(3)； 另一部分光为探测脉冲光的基频光输出至延迟线平台模块 (Ⅱ)； 步骤302， 延迟线平台模块( Ⅱ)， 对探测脉冲光的基频光光程控制， 使探测光相对激发权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114755183 A 3