(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 202211355910.2 (22)申请日 2022.11.01 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 韦可　刘祺瑞　江天　郝昊　 唐宇翔　李思维　程湘爱　 (74)专利代理 机构 国防科技大 学专利服 务中心 43202 专利代理师 关洪涛 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种瞬态吸收光谱和磁光偏振并行测量系 统及方法 (57)摘要 本发明属于超 快光谱技术领域， 具体涉及一 种瞬态吸收光谱和磁光偏振并行测量系统及方 法， 其中瞬态吸收光谱和磁光偏振并行测量系统 包括： 飞秒 激光器、 第一 分光器、 泵浦脉冲调节组 件、 探测脉冲调节组件、 第二分光器、 合束器、 聚 焦及成像装置、 第三分光器、 光谱测量装置和偏 振测量装置。 所述瞬态吸收光谱和磁光偏振并行 测量系统可同时测量瞬态吸收光谱与磁光偏振。 权利要求书3页 说明书10页 附图1页 CN 115541534 A 2022.12.30 CN 115541534 A 1.一种瞬态吸收光谱和磁光偏振并行测量系统， 其特征在于， 包括： 飞秒激光器、 第一 分光器、 泵浦脉冲调节组件、 探测脉冲调节组件、 第二分光器、 合束器、 聚焦及成像装置、 第 三分光器、 光谱测量装置和偏振测量装置； 所述泵浦脉冲调节组件包括： 泵浦 光参量放大器 和泵浦光耦入和耦出单元， 所述泵浦光参量放大器用于调节泵浦光的参量； 所述泵浦光耦 入和耦出单元用于泵浦 光的耦入和耦 出； 所述探测脉冲调节组件包括探测光参量放大器和 脉冲延迟装置， 所述探测光参量放大器用于调节探测 光的参量； 所述脉冲延迟装置用于调 节探测光的光程； 所述偏振测量装置包括自所述第三分光器反射的光路中依次设置的第三 半波片、 偏振分束器和平衡光电探测器； 聚焦 及成像装置包括显微物镜； 所述第一分光器用于将 飞秒激光器发射的激光分束为探测光和泵浦光； 所述泵浦脉冲 调节组件用于接收所述第一分光器分出的泵浦 光； 所述探测脉冲调节组件用于接收所述第 一分光器分出的探测光； 所述第二分光器用于反射探测脉冲调节组件出射的部 分探测光作 为探测参考光， 所述第二分光器还用于透射探测脉冲调节组件出射的部分探测光； 所述合 束器用于将第二分光器透射的探测光和泵浦脉冲调节组件出射的泵浦光进 行准直和合束； 所述显微物镜用于将泵浦光和探测光共聚焦入射至样品表面、 以及 对样品表面的形貌和光 斑聚焦情况微区成像； 所述合束器还适于将反射样品表面反射的反馈光透射至所述第二分 光器； 所述第二分光器还用于反射反馈光至第三分光器； 所述第三分光器将所述第二分光 器反射的反馈光分为两路分别进入光谱测量装置和偏振测量装置 。 2.根据权利要求1所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述泵 浦脉冲调节组件还包括： 自所述泵浦光参量放大器至所述泵浦 光耦入和耦 出单元的光路上 依次设置的第一偏振片、 第一半波片、 第一反射镜以及自所述泵浦光耦入和耦出单元至所 述合束器的光路上依次设置的斩波器和泵浦光强调节器； 所述斩波器的频率至少高于所述泵浦光耦入和耦出 单元的开关频率两个数量级； 优选的， 所述泵浦光耦入和耦出 单元为光快门。 3.根据权利要求1所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述探 测脉冲调节组件还包括自所述探测 光参量放大器至所述脉冲延迟装置的光路上依 次设置 的探测光强调节器、 第一聚焦透镜、 光学非线性晶体和 第二聚焦透镜、 以及自所述脉冲延迟 装置至所述第二分光器的光路上依次设置的第二偏振片和第二半波片； 所述第一聚焦透镜和第二聚焦透镜配合所述光学非线性晶体使得第二聚焦透镜出射 的探测光 为超连续谱白光。 4.根据权利要求3所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述脉 冲延迟装置包括第二反射镜、 第三反射镜和一 维位移台； 所述第二反射镜、 第三反射镜位于 所述一维位移台上； 所述第二反射镜用于将从所述第二聚焦透 镜射出的探测光反射至所述第三反射镜； 所述第三反射镜用于将所述第二反射镜反射出的探测光反射至所述第二偏振片。 5.根据权利要求1所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述 聚 焦及成像装置还包括待测样品台， 所述显微物镜位于所述合束器至待测样品台之 间的光路 中。 6.根据权利要求5所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述 聚 焦及成像装置还包括： 可移除分光镜、 第四分光器、 照明光源、 准直透镜和相机； 所述可移除权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115541534 A 2分光镜适于选择位于所述合束器至所述显微物镜之间的光路中或者从所述合束器至所述 显微物镜的光路中移出； 所述第四分光器位于所述可移除分光镜至所述相机之间的光路 中； 所述准直透镜位于所述照明光源和所述第四分光器之间的光路中； 所述第四分光器用于将所述照明光源发出的照明光反射至可移除分光镜； 当所述可移 除分光镜选择位于所述合束器至所述显微物镜之间的光路中时， 所述可移除分光镜适于将 探测光和泵浦光透射至所述显微物镜以及将照明光反射至所述显微物镜， 所述可移除分光 镜还适于将部 分所述反馈光反射至所述第四分光器并将部 分反馈光透射至合束器； 所述第 四分光器还用于 透射所述可移除分光镜反射的部分反馈光至所述相机 。 7.根据权利要求1所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述光 谱测量装置包括 光纤装置以及与所述 光纤装置电连接的光谱仪； 所述光纤装置包括第 一光纤耦合器和第 一光纤， 所述第 一光纤耦合器用于将所述探测 参考光耦合到所述第一 光纤中； 所述光纤装置还包括第 二光纤耦合器和第 二光纤， 所述第 二光纤耦合器用于将所述探 测光耦合到所述第二 光纤中； 所述光谱仪用于将所述第一光纤传输的探测参考光的信号进行采集并将所述探测参 考光的光谱进 行输出； 所述光谱仪还用于将所述第二光纤传输的参考光的信号进 行采集并 将所述探测光的光谱进行输出。 8.根据权利要求1所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振 并行测量系统， 其特征在于， 所述偏 振测量装置还包括所述第三分光器至所述第三半波片光路中的窄带滤光片以及与所述平 衡光电探测器电学 连接的锁相放大器。 9.根据权利要求1所述的瞬态吸收光谱和磁光偏振并行测量系统， 其特征在于， 还包 括： 测控计算机， 所述测控计算机用于控制所述脉冲延迟装置、 泵浦光耦入和耦出单元、 光 谱测量装置、 偏振测量装置及所述聚焦 及成像装置 。 10.一种瞬态吸收光谱和磁光偏振并行测量方法， 采用如权利要求1至9任意一项所述 的瞬态吸 收光谱和磁光偏振并行测量系统， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 将 样品固定在样品台上； 步骤S2： 打开飞秒激光器， 飞秒激光器发射的激光分束为探测光和泵浦光； 泵浦脉冲调 节组件接收所述第一分光器分出的泵浦 光； 探测脉冲调节组件接收所述第一分光器分出的 探测光； 所述第二分光器反射探测脉冲调节组件出射的部分探测 光作为探测 参考光， 所述 第二分光器透射探测脉冲调节组件出射的部分探测光； 步骤S3： 根据样品的材料性质， 泵浦光参量放大器调整泵浦光的中心波长和脉宽， 探测 光参量放大器调整探测光的中心波长和脉宽； 步骤S4： 脉冲延迟装置调整探测光的光程直至泵浦光和探测光同时到达样品， 此时， 确 定脉冲延迟装置的基准位置， 光谱测量装置测试第三分光器传输的光的瞬态吸收光谱信号 为最大值； 步骤S5： 泵浦光耦入和耦出单元将泵浦光耦出光路， 调整第三半波片和偏振分束器直 至平衡探测器的输出信号 为0； 步骤S6： 所述脉冲延迟装置调整探测光的光程直至探测光具有测试光程且泵浦光和探 测光具有测试延迟时间t； 在测试延迟时间t以及泵浦光耦入和耦 出单元将泵浦 光耦入的条权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115541534 A 3