本發(fā)明屬于光譜測(cè)試設(shè)備，具體地，本發(fā)明涉及一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)其數(shù)據(jù)采集方法。

背景技術(shù)：

1、時(shí)間分辨吸收光譜技術(shù)是一種廣泛使用的技術(shù)，可以通過(guò)測(cè)量光電材料與器件的超快瞬態(tài)吸收光譜以及單波長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)衰減信號(hào)來(lái)研究材料內(nèi)部的載流子產(chǎn)生與復(fù)合、傳輸?shù)葎?dòng)力學(xué)等過(guò)程。

2、光譜維度的信息是光電材料的超快時(shí)間分辨測(cè)量的基礎(chǔ)，往往需要從光譜維度上對(duì)光激發(fā)后的激發(fā)態(tài)態(tài)進(jìn)行光譜追蹤，再?gòu)臅r(shí)間維度上獲得材料內(nèi)部相關(guān)激發(fā)態(tài)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

3、在對(duì)材料或器件進(jìn)行瞬態(tài)吸收成像時(shí)現(xiàn)有技術(shù)需要先測(cè)量瞬態(tài)吸收光譜，對(duì)光譜范圍進(jìn)行鎖定和選擇，再根據(jù)需要觀察的波長(zhǎng)范圍利用濾光片等實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)的成像。這種方法操作過(guò)于繁瑣。在瞬態(tài)吸收成像時(shí)利用濾光片實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)瞬態(tài)吸收成像，而不是全光譜范圍的瞬態(tài)成像，由于濾光片的帶寬限制不能實(shí)現(xiàn)很好的光譜分辨，通過(guò)光譜范圍很有限。

4、為研究光電與光伏材料內(nèi)部的載流子空間擴(kuò)散、遷移率、載流子空間電荷轉(zhuǎn)移等物理過(guò)程，需要開展同時(shí)具有時(shí)間維度、空間維度的超快顯微成像系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)中光電材料與器件、生物分子材料的超快空間成像測(cè)量系統(tǒng)不能很好地同時(shí)實(shí)現(xiàn)光譜分辨以及空間分辨的問(wèn)題，也缺少一種全光譜范圍的瞬態(tài)成像的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集方法，利用超快時(shí)間分辨高光譜成像實(shí)現(xiàn)時(shí)間維度、空間維度、光譜維度的多維度測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光電材料、光催化材料、光伏材料以及生物探針材料等各種先進(jìn)材料的超快光譜成像測(cè)量。

2、本發(fā)明的第一方面，提供了一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，包括：

3、依次設(shè)置的脈沖光源1、時(shí)間延遲器4、反射鏡5、分束片6、顯微物鏡7、載物臺(tái)8、濾光片9、成像鏡10以及高光譜攝像組件11；

4、其中，脈沖光源1，用于產(chǎn)生兩束脈沖光，一束用于產(chǎn)生激發(fā)光2，一束用于產(chǎn)生一定光譜范圍的光作為探測(cè)光3；

5、時(shí)間延遲器4，用于使激發(fā)光2與探測(cè)光3產(chǎn)生時(shí)間間隔；

6、高光譜攝像組件11，用于實(shí)現(xiàn)色散型分光光譜成像及數(shù)據(jù)采集功能；

7、激發(fā)光2經(jīng)過(guò)反射鏡5以及分束片6，與探測(cè)光3共線后，經(jīng)過(guò)顯微物鏡7共同輻照在載物臺(tái)8上的被測(cè)樣品表面，再經(jīng)過(guò)濾光片9濾除從被測(cè)樣品透射的激發(fā)光后，經(jīng)成像鏡10，由高光譜攝像組件11進(jìn)行瞬態(tài)光譜成像。

8、進(jìn)一步地，所述高光譜攝像組件11，包括：依次設(shè)置的狹縫21、準(zhǔn)直鏡22、pgp色散單元23、聚焦鏡24以及光譜攝像機(jī)25。

9、進(jìn)一步地，所述時(shí)間延遲器4，包括：時(shí)間延遲線和脈沖延遲發(fā)生器；其中，

10、時(shí)間延遲線，用于獲得不同時(shí)間延遲的飛秒時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜成像；

11、脈沖延遲發(fā)生器，用于不同時(shí)間延遲的納秒瞬態(tài)吸收光譜成像。

12、進(jìn)一步地，狹縫21設(shè)置于成像的像方焦平面，光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡22進(jìn)入pgp色散單元23，經(jīng)過(guò)色散后，再經(jīng)過(guò)聚焦鏡24，不同波段聚焦在光譜攝像機(jī)25不同的位置；這一過(guò)程完成了像平面一個(gè)狹縫處的光譜成像，再經(jīng)過(guò)光譜攝像機(jī)25在像平面方向一維掃描，最終完成整個(gè)像平面的光譜成像。

13、進(jìn)一步地，所述pgp色散單元23，由棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中棱鏡的折射率與光柵的折射率相同。

14、進(jìn)一步地，時(shí)間延遲器4使激發(fā)光2與探測(cè)光3產(chǎn)生時(shí)間間隔后，兩束光在樣品前表面處實(shí)現(xiàn)空間重合，經(jīng)過(guò)樣品后，探測(cè)光3經(jīng)過(guò)成像鏡10聚焦于像方焦平面，激發(fā)光2經(jīng)過(guò)濾光片9經(jīng)過(guò)成像鏡10成像于狹縫21處，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡22、pgp色散單元23、聚焦鏡24后達(dá)到光譜攝像機(jī)25，再通過(guò)電控光譜攝像機(jī)25在焦平面推掃，獲得該時(shí)間間隔下的光譜成像數(shù)據(jù)。

15、進(jìn)一步地，所述光譜攝像機(jī)25還用于在時(shí)間維度上進(jìn)行掃描，分別獲得不同時(shí)間延遲的瞬態(tài)高光譜成像的數(shù)據(jù)立方體。

16、本發(fā)明的第二方面，提供了一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，基于第一方面所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集方法包括：

17、s1，脈沖光源產(chǎn)生激發(fā)光和探測(cè)光，利用光學(xué)斬波器對(duì)激發(fā)光進(jìn)行斬波調(diào)制；

18、s2，利用時(shí)間延遲器設(shè)置激發(fā)光與探測(cè)光的時(shí)間間隔，飛秒光源利用時(shí)間延時(shí)線進(jìn)行，納秒光源利用脈沖延遲發(fā)生器進(jìn)行；

19、s3，光學(xué)斬波器輸出同步信號(hào)用于觸發(fā)過(guò)光譜攝像機(jī)采集數(shù)據(jù)；

20、s4，獲得所述時(shí)間間隔下的瞬態(tài)吸收光譜成像數(shù)據(jù)；

21、s5，重復(fù)s2至s4步驟，獲得一系列時(shí)間間隔下的瞬態(tài)吸收光譜成像數(shù)據(jù)。

22、本發(fā)明的第三方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：

23、至少一個(gè)處理器；以及與所述至少一個(gè)處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，

24、所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器能夠執(zhí)行本發(fā)明第二方面所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法。

25、本發(fā)明的第四方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序能夠被處理器加載和執(zhí)行本發(fā)明第二方面所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法。

26、本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)的有益之處在于：

27、本發(fā)明技術(shù)方案可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光譜分辨、空間成像、以及時(shí)間分辨，實(shí)現(xiàn)了多維度測(cè)量同步進(jìn)行，而不是不同的測(cè)試分別在不同的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行，減小了多次測(cè)量的測(cè)量不確定性，同時(shí)不單單是提高了測(cè)量的效率，對(duì)分析的準(zhǔn)確性有了很好的保證，同時(shí)大大提高了測(cè)量系統(tǒng)的集成度，方便測(cè)量和系統(tǒng)維護(hù)。

28、本發(fā)明基于焦平面推掃式光譜成像的瞬態(tài)吸收光譜成像系統(tǒng)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光譜、空間、時(shí)間多維度測(cè)量，可以通過(guò)一套測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)光電材料、光伏材料中的載流子遷移率、擴(kuò)散系數(shù)等物理量的測(cè)量，為生物材料中的激發(fā)態(tài)的瞬態(tài)成像和定量的分析提供了高效工具。

29、本發(fā)明的光譜成像技術(shù)可以將二維空間信息和一位光譜信號(hào)有機(jī)結(jié)合，在每一個(gè)空間信息單元上，都擴(kuò)展一維光譜信息，利用光譜信息，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)空間信息單元上的物質(zhì)定性分析和定量分析。本發(fā)明采用推掃式光譜成像可以獲得更多像元數(shù)量的單波長(zhǎng)信號(hào)，因能夠?qū)崿F(xiàn)高的空間分辨和系統(tǒng)靈敏度；基于體全息透射光柵的棱鏡-光柵-棱鏡分光方式實(shí)現(xiàn)了高光譜分辨率、光學(xué)效率高、光譜線性度好等的技術(shù)效果。

技術(shù)特征：

1.一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于，所述高光譜攝像組件（11），包括：依次設(shè)置的狹縫（21）、準(zhǔn)直鏡（22）、pgp色散單元（23）、聚焦鏡（24）以及光譜攝像機(jī)（25）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于：狹縫（21）設(shè)置于成像的像方焦平面，光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡（22）進(jìn)入pgp色散單元（23），經(jīng)過(guò)色散后，再經(jīng)過(guò)聚焦鏡（24），不同波段聚焦在光譜攝像機(jī)（25）不同的位置；這一過(guò)程完成了像平面一個(gè)狹縫處的光譜成像，再經(jīng)過(guò)光譜攝像機(jī)（25）在像平面方向一維掃描，最終完成整個(gè)像平面的光譜成像。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于，所述pgp色散單元（23），由棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中棱鏡的折射率與光柵的折射率相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，其特征在于：所述光譜攝像機(jī)（25）還用于在時(shí)間維度上進(jìn)行掃描，分別獲得不同時(shí)間延遲的瞬態(tài)高光譜成像的數(shù)據(jù)立方體。

8.一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集方法包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序能夠被處理器加載和執(zhí)行如權(quán)利要求8所述的一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高光譜瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集方法，屬于光譜測(cè)試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括：脈沖光源、時(shí)間延遲器、反射鏡、分束片、顯微物鏡、載物臺(tái)、濾光片、成像鏡以及高光譜攝像組件；脈沖光源用于產(chǎn)生激發(fā)光和探測(cè)光；激發(fā)光經(jīng)過(guò)反射鏡以及分束片，與探測(cè)光共線后，經(jīng)過(guò)顯微物鏡共同輻照在載物臺(tái)上的被測(cè)樣品表面，再經(jīng)過(guò)濾光片濾除從被測(cè)樣品透射的激發(fā)光后，經(jīng)成像鏡，由高光譜攝像組件進(jìn)行瞬態(tài)光譜成像。本發(fā)明基于焦平面推掃式光譜成像的瞬態(tài)吸收光譜成像系統(tǒng)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光譜、空間、時(shí)間多維度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)光電材料、光伏材料中的載流子遷移率、擴(kuò)散系數(shù)等物理量的測(cè)量，為材料激發(fā)態(tài)的瞬態(tài)成像和定量的分析提供了高效工具。

技術(shù)研發(fā)人員：劉前霞,霍紀(jì)崗,白玉,陳興海,付麥克
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京卓立漢光分析儀器有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19