專利名稱：一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制紅外光譜裝置的系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來出現(xiàn)的飛秒激光二維紅外光譜技術(shù)，是分子體系在時域中的三束超快紅外激光脈沖作用下所產(chǎn)生的受激振動光子回波響應(yīng)經(jīng)二維傅里葉變換后在二維頻域中的表達(dá)。它作為一種新穎的前沿光譜學(xué)手段，具有以飛秒時間分辨率測定凝聚相分子動態(tài)結(jié)構(gòu)的能力。二維紅外光譜技術(shù)是一種新興的分子動態(tài)結(jié)構(gòu)檢測手段，目前還沒有商品化的儀器，其核心光路和整套裝置都需要在實驗室中自行搭建?？刂乒饴分兄饕考膮f(xié)調(diào)運作和光譜數(shù)據(jù)的采集及分析處理，是二維紅外光譜裝置正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。因此，迫切需要開發(fā)一套簡單易行、高效智能的控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠全智能化綜合協(xié)調(diào)控制多種部件的飛秒激光二維紅外光譜裝置的控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，它包括有一飛秒激光器、一分光器件、若干反射鏡、若干對角反射鏡、總反射鏡、聚焦鏡、樣品池、單色儀和紅外陣列檢測器，每一對所述角反射鏡均固定設(shè)置在一電動平移臺上；所述飛秒激光器發(fā)射飛秒激光到所述分光器件，所述分光器件將飛秒激光等分成若干束并將其分別發(fā)送到各所述反射鏡，經(jīng)各所述反射鏡反射的光垂直發(fā)射到各對角反射鏡，每一對所述角反射鏡將飛秒激光反射后又經(jīng)所述總反射鏡反射到所述聚焦鏡，所述聚焦鏡將各光束聚焦到所述樣品池，經(jīng)所述樣品池出射的信號光經(jīng)所述單色儀發(fā)送到所述紅外陣列檢測器；其特征在于:它還包括一計算機(jī)和一數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡采集由所述紅外陣列檢測器接收的多通道脈沖光譜信號，并將其發(fā)送到所述計算機(jī)；所述計算機(jī)內(nèi)設(shè)置一控制系統(tǒng)，它包括一電動平移臺控制單元、一飛秒脈沖積分控制單元、一單色儀控制單元、一數(shù)據(jù)分析處理單元和一信號實時顯示單元；所述電動平移臺控制單元根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制每一所述電動平移臺運動；所述單色儀控制單元對單色儀的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長進(jìn)行控制；所述飛秒脈沖積分控制單元對所述數(shù)據(jù)采集卡所采集的信號進(jìn)行積分、多次累加取平均后分別發(fā)送到所述數(shù)據(jù)分析處理單元和信號實時顯示單元；所述數(shù)據(jù)分析處理單元根據(jù)實驗要求對接收到的光譜信號進(jìn)行處理；所述信號實時顯示單元對所述飛秒脈沖積分控制單元輸出的信號實時進(jìn)行顯示，實驗者根據(jù)信號的信噪比監(jiān)測測試結(jié)果。所述電動平移臺控制單元包括有與所述電動平移臺數(shù)量相同的電動平移臺子控制模塊，每一所述電動平移臺子控制模塊用于控制相應(yīng)的電動平移臺運動；每一所述電動平移臺子控制模塊包括一參數(shù)設(shè)置模塊、一 SCAN按鈕和一 STOP按鈕；所述參數(shù)設(shè)置模塊用于對電動平移臺的歸零位置、當(dāng)前位置、起始位置、移動步長、移動加速度和最終位置進(jìn)行設(shè)置，掃描以SCAN按鈕啟動，通過STOP按鈕實時中斷掃描操作。所述電動平移臺的移動步長采用飛秒進(jìn)行顯示。所述紅外陣列檢測器由一維多通道的碲鎘汞單元所組成。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明的控制系統(tǒng)由于設(shè)置有電動平移臺控制單元，電動平移臺控制單元內(nèi)設(shè)置有與電動平移臺數(shù)量相對應(yīng)的若干電動平移臺子控制模塊，每一電動平移臺子控制模塊可以實現(xiàn)對電動平移臺位置和掃描步長等功能的選擇和控制，另外，本發(fā)明中的電動平移臺的移動步長單位在保證精度的前提下可以換算為飛秒進(jìn)行表示，給飛秒激光二維紅外光譜的實驗操作帶來了極大的方便。2、本發(fā)明由于設(shè)置有單色儀控制單元，因此可以實現(xiàn)在二維紅外光譜儀的運行過程中對單色儀的光柵以及光柵波長進(jìn)行選擇，滿足不同波段實驗的要求。3、本發(fā)明設(shè)置飛秒脈沖積分控制單元，因此可以實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)的同時采集，所采集的數(shù)據(jù)可以是有樣品和無樣品時的穩(wěn)態(tài)光信號，也可以是樣品在多脈沖激光作用下的受激振動光子回波信號，即瞬態(tài)光信號。
4、本發(fā)明由于設(shè)置有數(shù)據(jù)分析處理單元，因此可以由所獲得的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)光信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)態(tài)一維紅外光譜和瞬態(tài)二維紅外光譜。5、本發(fā)明設(shè)置有信號實現(xiàn)顯示單元，因此可以實時觀測所采集的光譜數(shù)據(jù)，能夠?qū)嶒炦^程進(jìn)行實時監(jiān)測。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于飛秒激光二維光譜裝置的控制過程中。


圖1是飛秒激光二維紅外光譜裝置的原理示意圖，箭頭方向表示電動平移臺的運動方向；圖2是本發(fā)明的控制方法流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明所涉及的飛秒激光二維紅外光譜裝置包括一飛秒激光器1、一分光器件2、若干反射鏡3、若干對角反射鏡4、一總反射鏡5、一聚焦鏡6、一樣品池7、一光譜儀8 (本發(fā)明的光譜儀采用單色儀8)和一紅外陣列檢測器9。每一對角反射鏡4均固定設(shè)置在一電動平移臺上，每一電動平移臺可以帶動相應(yīng)的角反射鏡4進(jìn)行前后運動，用于改變光程；飛秒激光器I作為紅外光源發(fā)射飛秒脈沖激光到分光器件2，分光器件2將飛秒激光等分成若干束并將其發(fā)送到各反射鏡3，經(jīng)各反射鏡3反射的光垂直發(fā)射到設(shè)置在每一反射鏡3上方的角反射鏡4，每一對角反射鏡4將飛秒激光反射后又經(jīng)總反射鏡5反射到聚焦鏡6，聚焦鏡6將各光束聚焦到樣品池7，經(jīng)樣品池7出射的信號光經(jīng)單色儀8發(fā)送到紅外陣列檢測器9，紅外陣列檢測器9用于進(jìn)行光譜信號的探測。本發(fā)明的紅外陣列檢測器9可以由一維多通道的碲鎘汞單元所組成，也可以根據(jù)實際實驗的需要，選擇不同波段的單通道或多通道檢測器，在此不做限制；本發(fā)明的特點在于對飛秒激光二維紅外光譜裝置的各器件分別進(jìn)行控制，它包括一計算機(jī)和一數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡采集由紅外陣列檢測器9接收的多通道脈沖光譜信號，并將其發(fā)送到計算機(jī)進(jìn)行處理和顯示。計算機(jī)內(nèi)設(shè)置有一控制系統(tǒng)，它包括一電動平移臺控制單元、一飛秒脈沖積分控制單元、一單色儀控制單元、一數(shù)據(jù)分析處理單元和一信號實時顯示單元。電動平移臺控制單元包括有與電動平移臺數(shù)量相同的電動平移臺子控制模塊，每一電動平移臺子控制模塊用于控制相應(yīng)的電動平移臺的運動，通過電動平移臺的運動以改變不同飛秒激光脈沖之間的時間間隔。每一電動平移臺子控制模塊包括有一參數(shù)設(shè)置模塊、一 SCAN按鈕和一STOP按鈕；參數(shù)設(shè)置模塊用于對電動平移臺的歸零位置、當(dāng)前位置、起始位置(移動初始位置)、移動步長和最終位置(移動結(jié)束位置)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并能控制電動平移臺的移動加速度。掃描以SCAN按鈕啟動，通過STOP按鈕實時中斷掃描操作。本發(fā)明的電動平移臺的移動步長在保證精度的前提下可以換算為飛秒進(jìn)行顯示，這樣給飛秒激光二維紅外光譜裝置的實驗操作提供了方便。單色儀控制單元用于對單色儀8的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長進(jìn)行控制。飛秒脈沖積分控制單元接收來自數(shù)據(jù)采集卡的信號，數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)實驗要求采集由紅外陣列檢測器9所接收的多通道脈沖光譜信號，并對各通道脈沖信號進(jìn)行積分、多次累加取平均，以提高信噪比，并將處理后的信號發(fā)送到數(shù)據(jù)分析處理單元和信號實時顯示單元；其中，飛秒脈沖積分控制單元接收的數(shù)據(jù)可以是有樣品和無樣品時的穩(wěn)態(tài)光信號，也可以是樣品在多脈沖激光作用下的受激振動光子回波信號，即瞬態(tài)光信號。數(shù)據(jù)分析處理單元對接收到的光譜信號進(jìn)行處理，根據(jù)實驗要求，可以將有樣品和無樣品兩種多通道光信號進(jìn)行相除并取對數(shù)，得到穩(wěn)態(tài)的一維紅外光譜，還可以將樣品在多脈沖激光作用下的瞬態(tài)光信號進(jìn)行二維傅立葉變換處理，得到瞬態(tài)二維紅外光譜。信號實時顯示單元用于對飛秒脈沖積分控制單元輸出的光譜信號實時進(jìn)行顯示，實驗者可以根據(jù)信號數(shù)據(jù)的信噪比監(jiān)測測試結(jié)果，如果信噪比不高，則在測試過程中隨時改進(jìn)和調(diào)整實驗方法，重新進(jìn)行測試。判別測試結(jié)果的好壞的依據(jù)可以根據(jù)具體實驗要求進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明的實施例所采集的信號數(shù)據(jù)的信噪比小于10%則需要改進(jìn)和調(diào)整實驗方法，重新進(jìn)行測試。上述實施例中，本發(fā)明的控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)可以采用LABVIEff軟件環(huán)境進(jìn)行編程并實現(xiàn)，上述所有控制單元和模塊集中于一個LABVIEW控制面板中，但是還可以采用其它軟件編程實現(xiàn)。在此不作限制。如圖2所示，下面通過一個具體實施例進(jìn)一步說明采用本發(fā)明的控制系統(tǒng)對飛秒激光二維紅外光譜裝置的具體控制過程:1、將飛秒激光二維紅外光譜裝置的紅外陣列檢測器9通過數(shù)據(jù)采集卡連接計算機(jī)；2、電動平移臺控制單元的各電動平移臺子控制模塊分別對各電動平移臺的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，確定每一電動平移臺移動的步長，起始位置以及最終的位置；3、單色儀控制單元對單色儀8進(jìn)行控制，選擇實驗需要的狹縫、光柵以及中心波長的位置；4、打開飛秒激光器1，經(jīng)樣品池7出射的脈沖光信號經(jīng)單色儀被紅外陣列檢測器9檢測，數(shù)據(jù)采集卡采集紅外陣列檢測器9各通道的光信號。5、開始測試時，首先判斷各電動平移臺控制單元的“SCAN”按鈕是否啟動，如果沒有啟動，則是僅僅按照設(shè)定的數(shù)值移動電動平移臺到目標(biāo)位置，如果啟動，掃描開始；6、電動平移臺每移動一個步長，飛秒脈沖積分控制單元將接收到的脈沖信號進(jìn)行積分、多次累加取平均，并將處理后的信號發(fā)送到數(shù)據(jù)分析處理單元和信號實時顯示單元。7、判斷每一個電動平移臺是否移動到設(shè)定的掃描最終位置，如果是，則結(jié)束信號采集；如果不是，則判斷是否啟動“STOP”按鈕，如果是啟動“STOP”按鈕，則結(jié)束測試；如果不是，則重復(fù)6 7繼續(xù)測試。8、信號實時顯示單元實時顯示樣品池7出射的脈沖光信號，實驗者可以根據(jù)信號強(qiáng)度和應(yīng)有特征對實驗過程進(jìn)行監(jiān)測，保證實驗正確進(jìn)行。9、數(shù)據(jù)分析處理單元對接收到的光譜信號進(jìn)行處理，根據(jù)實驗要求可以將有樣品和無樣品兩種多通道光信號進(jìn)行相除并取對數(shù)，可以得到穩(wěn)態(tài)的一維紅外光譜，也可以根據(jù)需要得到瞬態(tài)光信號的二維紅外光譜。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各實施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，它包括有一飛秒激光器、一分光器件、若干反射鏡、若干對角反射鏡、總反射鏡、聚焦鏡、樣品池、單色儀和紅外陣列檢測器，每一對所述角反射鏡均固定設(shè)置在一電動平移臺上；所述飛秒激光器發(fā)射飛秒激光到所述分光器件，所述分光器件將飛秒激光等分成若干束并將其分別發(fā)送到各所述反射鏡，經(jīng)各所述反射鏡反射的光垂直發(fā)射到各對角反射鏡，每一對所述角反射鏡將飛秒激光反射后又經(jīng)所述總反射鏡反射到所述聚焦鏡，所述聚焦鏡將各光束聚焦到所述樣品池，經(jīng)所述樣品池出射的信號光經(jīng)所述單色儀發(fā)送到所述紅外陣列檢測器；其特征在于:它還包括一計算機(jī)和一數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡采集由所述紅外陣列檢測器接收的多通道脈沖光譜信號，并將其發(fā)送到所述計算機(jī)； 所述計算機(jī)內(nèi)設(shè)置一控制系統(tǒng)，它包括一電動平移臺控制單元、一飛秒脈沖積分控制單元、一單色儀控制單元、一數(shù)據(jù)分析處理單元和一信號實時顯示單元;所述電動平移臺控制單元根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制每一所述電動平移臺運動；所述單色儀控制單元對單色儀的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長進(jìn)行控制；所述飛秒脈沖積分控制單元對所述數(shù)據(jù)采集卡所采集的信號進(jìn)行積分、多次累加取平均后分別發(fā)送到所述數(shù)據(jù)分析處理單元和信號實時顯示單元；所述數(shù)據(jù)分析處理單元根據(jù)實驗要求對接收到的光譜信號進(jìn)行處理；所述信號實時顯示單元對所述飛秒脈沖積分控制單元輸出的信號實時進(jìn)行顯示，實驗者根據(jù)信號的信噪比監(jiān)測測試結(jié)果。
2.按權(quán)利要求1所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述電動平移臺控制單元包括有與所述電動平移臺數(shù)量相同的電動平移臺子控制模塊，每一所述電動平移臺子控制模塊用于控制相應(yīng)的電動平移臺運動；每一所述電動平移臺子控制模塊包括一參數(shù)設(shè)置模塊、一 SCAN按鈕和一 STOP按鈕；所述參數(shù)設(shè)置模塊用于對電動平移臺的歸零位置、當(dāng)前位置、起始位置、移動步長、移動加速度和最終位置進(jìn)行設(shè)置，掃描以SCAN按鈕啟動，通過STOP按鈕實時中斷掃描操作。
3.按權(quán)利要求1或2所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述電動平移臺的移動步長采用飛秒進(jìn)行顯示。
4.按權(quán)利要求1或2所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外陣列檢測器由一維多通道的碲鎘汞單元所組成。
5.按權(quán)利要求3所述的一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外陣列檢測器由一維多通道的碲鎘汞單元所組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制飛秒激光二維紅外光譜裝置的系統(tǒng)，其特征在于它包括計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡采集由紅外陣列檢測器接收的多通道脈沖光譜信號，并將其發(fā)送到計算機(jī)；計算機(jī)內(nèi)設(shè)置控制系統(tǒng)，它包括電動平移臺控制單元、飛秒脈沖積分控制單元、單色儀控制單元、數(shù)據(jù)分析處理單元和信號實時顯示單元；電動平移臺控制單元根據(jù)設(shè)定的參數(shù)控制電動平移臺運動；單色儀控制單元對單色儀的輸入光狹縫、光柵類型和中心波長進(jìn)行控制；飛秒脈沖積分控制單元并對所采集的信號進(jìn)行積分、多次累加后分別發(fā)送到數(shù)據(jù)分析處理單元和信號實時顯示單元；數(shù)據(jù)分析處理單元對接收到的光譜信號進(jìn)行處理；信號實時顯示單元用于對飛秒脈沖積分控制單元輸出的信號實時顯示。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于飛秒激光二維光譜裝置的控制過程中。
文檔編號G01N21/25GK103091260SQ201310040788
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者王建平, 楊帆, 馬肖燕, 于鵬云 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所