1.一種飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述的系統(tǒng)包括時序同步的兩臺飛秒脈沖光源、一個精密光學(xué)延遲平臺、兩個用于擋光的光快門、一臺光電子/離子速度成像儀、一臺ICCD相機和計算機組成;其中:
時序同步的兩臺飛秒脈沖光源分別作為泵浦光源和探測光源,泵浦光源輸出的飛秒脈沖激光作為泵浦光、探測光源輸出的飛秒脈沖激光作為探測光,飛秒脈沖激光作用于樣品后產(chǎn)生可以被光電子/離子速度成像儀探測到的光電子/離子信號,兩束光作用于樣品產(chǎn)生的信號稱為雙色信號,單獨一束光作用于樣品產(chǎn)生的信號稱為單色背底信號;
精密光學(xué)延遲平臺用于改變探測光從探測光源到樣品的光程,泵浦光和探測光到達樣品的時間差稱為延遲時間,精密光學(xué)延遲平臺的每一個位置都對應(yīng)一個延遲時間,按照設(shè)定規(guī)則選擇從小到大的一系列延遲時間,即對應(yīng)一系列的精密光學(xué)延遲平臺位置;系統(tǒng)工作時精密光學(xué)延遲平臺受計算機的控制會按照從小到大的順序依次移動到每一個位置,然后采集信號,這個過程稱為掃描,這一系列設(shè)定位置稱為掃描位置;為了采集到足夠的信號,可能需要多次進行這個過程,稱為掃描循環(huán);
光快門受計算機的控制用于擋住泵浦光或探測光中的一束以采集另一束光單獨產(chǎn)生的信號作為相應(yīng)的單色背底信號;
光電子/離子速度成像儀用于探測樣品在飛秒脈沖激光作用下產(chǎn)生的光電子/離子信號;
ICCD相機用于采集和記錄信號并將其傳輸?shù)接嬎銠C,該信號以二維圖像形式被記錄;
計算機與精密光學(xué)延遲平臺、光快門、ICCD相機分別建立連接,進行配置硬件參數(shù),配置采集方式,數(shù)據(jù)采集和處理,數(shù)據(jù)顯示和保存;所述采集方式包括:掃描循環(huán)次數(shù),精密光學(xué)延遲平臺每次掃描經(jīng)過的掃描位置,在每個掃描位置上采集的雙色信號數(shù)量、單色背底信號數(shù)量,數(shù)據(jù)處理方式,數(shù)據(jù)保存位置;
計算機初始化之后按設(shè)定進入掃描循環(huán),控制精密光學(xué)延遲平臺移動到第一個設(shè)定掃描位置,泵浦光和經(jīng)過精密光學(xué)延遲平臺的探測光依次作用于樣品,樣品產(chǎn)生可以被光電子/離子速度成像儀探測到的光電子/離子信號,使用ICCD相機采集記錄指定數(shù)量作為雙色信號,送入計算機做包括圖像變換在內(nèi)的數(shù)據(jù)處理后顯示和保存,控制泵浦光光路上的光快門關(guān)閉,用ICCD相機采集探測光單獨作用于樣品產(chǎn)生的指定數(shù)量的信號作為探測光單色背底信號送入計算機處理并保存,控制泵浦光光路上的光快門打開,探測光光路上的光快門關(guān)閉,用ICCD相機采集泵浦光單獨作用于樣品產(chǎn)生的指定數(shù)量的信號作為泵浦光單色背底信號送入計算機處理并保存;兩束光作用于樣品產(chǎn)生的雙色信號圖像按照指定算法做變換得到速度分布圖并據(jù)此計算出速率分布和角分布,顯示速度分布圖和速率分布、角分布曲線;控制精密光學(xué)延遲平臺移動到第二個設(shè)定掃 描位置再次進行同樣過程,依次掃描直到最后一個位置;如果設(shè)定掃描循環(huán)次數(shù)為一次,則采集完成,如果設(shè)定掃描循環(huán)次數(shù)多于一次,則對每一次掃描都進行一遍上述過程,與第一次掃描不同之處是在每一個掃描位置,計算機都會調(diào)取之前掃描循環(huán)中在此位置上采集的所有雙色信號累加后的圖像與新采集的圖像相加然后做變換得到速度分布,再據(jù)此計算得到速率分布和角分布;完成指定掃描循環(huán)次數(shù),整個實驗過程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述配置硬件參數(shù),對精密光學(xué)延遲平臺配置硬件參數(shù)包括:設(shè)定精密光學(xué)延遲平臺的零刻度位置、移動速度、加速度;對ICCD相機配置硬件參數(shù)包括快門延遲和寬度時間、信號增強倍率、圖像累加次數(shù);對兩個光快門配置硬件參數(shù)包括初始化開關(guān)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述設(shè)定精密光學(xué)延遲平臺每次掃描過程中經(jīng)過的掃描位置,對掃描位置有三種設(shè)定方式:(1)線性掃描,設(shè)定起始位置、終點位置、步長,掃描從起始位置開始,按設(shè)定步長逐漸增加直到終點位置;(2)指數(shù)掃描,設(shè)定起始位置、終點位置、步長參數(shù)、需掃描位置總數(shù),按照指數(shù)增加的規(guī)則在起始位置和終點位置之間排列掃描位置,從小到大依次掃描;(3)直接讀取位置列表文件,把要掃描的位置事先寫入txt文檔,計算機從文檔讀取掃描位置列表按先后順序依次掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動 控制系統(tǒng),其特征在于:所述計算機控制精密光學(xué)延遲平臺移動到設(shè)定掃描位置時,會不間斷詢問精密光學(xué)延遲平臺當(dāng)前位置,直到當(dāng)前位置和設(shè)定掃描位置之差在指定范圍內(nèi),再進行下一步。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述計算機在控制系統(tǒng)進行掃描循環(huán)時,加入暫停功能,在循環(huán)掃描采集信號的過程中,可以中途暫停進行一些必要的操作,包括準直激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理包括對圖像做預(yù)處理,有兩種可選的預(yù)處理方式:可選扣除背底,對每一幅信號圖像扣除一幅事先采集的背底圖像,以降低ICCD相機可能存在的噪點和感光芯片不同區(qū)域敏感程度不均勻帶來的對圖像質(zhì)量的影響;可選對采集到的圖像做閾值處理,只有在閾值范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點被保留,其余所有點置零,閾值范圍可選。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理包括對圖像做實時變換,得到光電子/離子速度分布,并據(jù)此計算出速率分布和角分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容包括實時采集的圖像,實時做變換后的速度分布圖像和據(jù)此計算出的速率分布、角分布曲線,信號強度隨時間的變化曲線,信號強度是實時圖像所有數(shù)據(jù)點累加之和。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒時間分辨光電子/離子速度成像的全自動控制系統(tǒng),其特征在于:所述數(shù)據(jù)保存時,單次實驗的數(shù)據(jù)保存在一個文件夾下;同時保存在同一文件夾下的還有實驗條件,包括硬件參數(shù)和掃描設(shè)定參數(shù)以及其他可以手動輸入的參數(shù)。