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超短脉冲激光调制在时间高分辨光谱仪中应用的研究

张秀峰  
【摘要】:本文的研究方向和内容是根据国家自然科学基金项目—皮秒时间相关单光子计数光谱仪研制来确定的。项目进行了创新性研究,高质量的完成具有时间高分辨率的单光子计数光谱仪器的研制,顺利通过验收。 论文从时间高分辨光谱仪对激光重复频率的要求出发,论述了超短激光脉冲调制系统研制的必要性,提出了调制系统的设计方案,重点完成了皮秒激光腔倒空驱动器的研制及声光调制器与驱动器之间阻抗匹配网络的设计。驱动器工作在脉冲模式下,产生重复频率和脉冲间隔可调的驱动信号。它由射频信号源、脉冲调制器和功率放大器等几部分组成。分析驱动器的工作原理,我们采用集成锁相环和双平衡幅度调制器,解决了分立元件高频电路设计复杂的困难;用单片机控制驱动器的输出方式和频率,使驱动器输出信号更加精确、稳定。驱动器输出脉冲信号重复频率为: 4 M 、80 0 K 、40 0 K 、80 K 、40 K 、8 K 、4 K 、80 0、400Hz ;功率为:瓦级。 论文对调制系统工作频段的阻抗匹配网络进行了深入的讨论,确定了匹配网络的类型,给出了整体设计方案,并具体计算了匹配网络的阶数及元件参数;通过匹配网络对能量传输损耗的分析,确定了最佳匹配网络元件值。根据程序运行结果,实际设计了匹配网络。 研制的超短激光脉冲调制器完善了光谱仪的皮秒激光系统,改变了激光脉冲的重复频率、峰值功率和脉冲间隔,满足了光谱仪系统对时间窗的要求。按照不同的实验对象,选择合适的激光脉冲间隔,光谱仪可以准确测量皮秒、纳秒和微秒时间范围的荧光衰减曲线和时间分辨光谱。大量的实验数据表明,光谱仪可以测试较大时间范围的荧光寿命曲线,时间分辨率达到8.8ps,而且具有最高的灵敏度—单光子计数。


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