(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 202210205580.2 (22)申请日 2022.03.02 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 王英惠　李叶西　迟晓春　李亮　 李芳菲　周强　 (74)专利代理 机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 2 2100 专利代理师 魏征骥 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 诊断极端条件下共轴BOXCRS构型的圆偏振 瞬态吸收光谱系统 (57)摘要 本发明涉及一种诊断极端条件下共轴 BOXCRS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系统， 属时间 分辨光谱技术领域。 脉冲激光产生及调节部分、 脉冲压缩探测光产生及调节部分和探测信号收 集部分置于同一光学平台上， 脉冲压缩探测光产 生及调节部分位于脉冲激光产生及调节部分的 后右前方， 半包围脉冲激光产生及调节部分； 探 测信号收集部分位于脉冲激光产生及调节部分 及脉冲压缩探测光产生及调节部分前方。 本发明 能够在共轴瞬态吸收光路下， 当泵浦光与探测光 频率相近或重叠时， 实现探测光与泵浦光空间上 的有效分离， 保证探测光测量时避开泵浦光的干 扰， 探究金刚石对顶砧压机内极端条件下的微小 砧面样品的自旋子动力学或者低温罐内不同温 度下的样品的瞬态过程。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114563367 A 2022.05.31 CN 114563367 A 1.一种诊断极端条件下共轴BOXCRS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系统， 其特征在于： 由 脉冲激光产生及调节部分、 脉冲压缩探测光产生及调节部分探测信号收集部分组成； 脉冲 激光产生及调节部 分、 脉冲压缩探测光产生及调节部分和探测信号收集部 分置于同一光学 平台上， 探测信号收集部 分中的光纤光谱仪、 锁相放大器和计算机置于光学平台外； 其中脉 冲激光产生及调节部分中的斩波器信号输出端口a与探测信号收集中的锁相放大器信号输 入端口g连接， 脉冲激光产生及调节部 分中的电控位移台信号输出端口b与探测信号收集中 的计算机信号输入端口i连接； 脉冲压缩探测 光产生及调节部分位于脉冲激光产生及调节 部分的后右前方， 半包围脉冲激光产生及调节部分； 探测信号收集部分位于脉冲激光产生 及调节部分及脉冲压缩探测光产生及调节部分前方； 脉冲激光产生及调节部分与脉冲压缩 探测光产生及调节部分通过光路分束片和全反镜四相连； 脉冲激光产生及调节部分与探测 信号收集部 分通过光路四分之一波片一和中空反射镜相连； 脉冲压缩探测光产生及调节部 分与探测信号收集部分通过光路全反镜八和中空反射镜相连。 2.根据权利要求1所述的诊断极端条件下共轴BOXCRS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系 统， 其特征在于： 所述的脉冲激光产生及调节部分包括飞秒激光器、 分束片一、 飞秒光学参 量放大器、 扩束器、 全反镜一、 电控位移台、 斩波器、 全反镜二、 全反镜三、 格兰棱镜一和四分 之一波片一， 其中电控位移 台设有输出端口b， 斩波器设有输出端口a； 飞秒激光器、 分束片 一、 飞秒光学参量放大器、 扩束器、 全反镜一自左至右顺序排列； 电控位移台、 斩波器、 全反 镜二和全反镜一自后至前顺序排列； 全反镜三、 格兰棱镜一和四分之一波片一自前至后顺 序排列且全反镜三、 格兰棱镜一和四分之一波片一位于同一水平中心线上， 其中全反镜三 中心涂黑， 电控位移台设有信号输出端口b； 斩波器设有信号输出端口a。 3.根据权利要求1所述的诊断极端条件下共轴BOXCRS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系 统， 其特征在于： 所述的脉冲压缩探测光产生及调节部分包括全反镜四、 全反镜五、 全反镜 六、 透镜一、 含 水比色皿、 透镜二、 啁 啾镜、 全反镜七、 格兰棱镜二、 四分之一波片二和全反镜 八， 其中全反镜四位于全反镜五的左方， 全反镜六位于全反镜五后方， 全反镜六、 透镜一、 含 水比色皿、 透镜二、 啁啾镜自右至左排列， 全反镜六、 透镜一、 含水比色皿、 透镜二位于同一 水平中心线上， 全反镜七、 格兰棱镜二、 四分之一波片二和全反镜八自后至前排列， 全反镜 七、 格兰棱镜二、 四分之一波片二和全反镜八位于同一水平中心线上。 4.根据权利要求1所述的诊断极端条件下共轴BOXCRS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系 统， 其特征在于： 所述的探测信号收集部分包括中空反射镜、 物镜一、 金刚石对顶砧压机或 低温罐、 物镜二、 光阑、 全反镜九、 光纤光谱仪、 单色仪、 锁相放大器、 计算机， 其中中空反射 镜、 物镜一、 金刚石对顶砧压机或低 温罐、 物镜二、 光阑、 全反镜九、 单色仪自右至左顺序排 列， 且中空反射镜、 物镜一、 金刚石对顶砧压机或低温罐、 物镜二、 光阑、 全反镜九位于同一 水平中心线上， 其中光纤光谱仪设有信号输入端口c和数据输出端口d； 单色仪设有数据输 出端口e； 锁相放大器设有数据输入端口f、 数据输入端口g、 数据输出端口h； 计算机设有信 号输入端口i、 数据输入端口j、 数据输入端口k； 光纤光谱仪数据输出端口d和计算机数据输 入端口j连接； 单色仪数据输出端口e和锁相放大器数据输入端口连接； 锁相放大器数据输 出端口h和计算机数据输入端口k连接 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114563367 A 2诊断极端条件下 共轴BOXCRS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系统 技术领域 [0001]本发明属时间分辨光谱技术领域， 具体涉及一种基于飞秒脉冲适于极端条件下诊 断物种自旋特性及机制的共轴BOXCRS 构型的圆偏振瞬态吸 收光谱系统。 背景技术 [0002]自旋作为电子除电荷外 的另一个自由度， 可以用于信息处理和存储领域， 并成为 当今物理学中的一个新的研 究领域： 自旋电子学(Spintronics)。 半导体中载流子数目少， 其中电子的自旋可用光学手段激励和探测， 半导体的器件工艺成熟， 易于集 成， 故成为研究 自旋电子学 的重要材料， 并有望在半导体中实现功 能丰富的自旋电子学器件。 研究发现半 导体中的自旋 现象十分丰富， 有自旋 ‑轨道相互作用， 电子 ‑空穴交换相互作用， 电子自旋和 核自旋之 间的超精细相互作用等。 半导体自旋电子学的核心课题之一是认识半导体中电子 自旋的输运/弛豫过程以及相关的光学现象， 分析自旋与其周围环境之间的相互作用， 并利 用这些知识来 为制造可用的自旋器件奠定基础。 [0003]基于自旋 ‑轨道耦合， 具有圆偏振特性的光子可以作用于电子 的轨道运动而改变 其自旋特性， 可以在非磁场条件下实现自旋的光取向和光检测， 有助于研究与自旋相关的 光学现象。 一些科研院所也利用圆偏振瞬态光谱技术针对低维半导体材料的自旋光谱和 动 力学特性开展了丰富的研究， 并证实基于圆偏振光的瞬态吸收光谱技术是研究自旋相关的 光谱和动力学特性最有效手段之一。 瞬态光谱利用吸收特性测量瞬态吸收光谱的变化,记 录了激发态发射、 激发态吸收和基态漂白的总和。 由量子力学可知,分子的能级跃迁伴随着 光子的吸收与发射,这一点是利用飞秒时间分辨泵浦 ‑探测技术研究分子动力学过程的理 论基础。 飞秒泵浦 ‑探测技术是飞秒超短脉冲技 术与泵浦 ‑探测技术的结合。 [0004]飞秒泵浦 ‑探测技术主要利用光的传播特性,通过改变两束光的光程差来调节光 到达样品的时间差,从而实现飞秒尺度的时间分辨。 其中一束飞秒脉冲作为泵浦光将处于 基态的分子体系激发到电子激发态,分子的激发态不稳定,会以辐射(荧光、 磷光等)和无辐 射(内转换、 系间交叉等)等形式弛豫； 使用经过一定时间延迟的第二束飞秒激光作为探测 光对分子激发态衰变进行探测。 对收集到的探测光进行处理， 便能得到研究对 象的自旋光 谱和动力学特性。 当泵浦光与探测光的波长范围相近或重叠时， 如研究斯塔克效应时， 为了 避免泵浦光对探测光的影响， 一般使用非共轴光路， 使泵浦光与探测光在样品处汇 聚之后 分开， 只让探测光进入信号收集仪器。 但当需要探测的是高压、 低 温、 高温等极端条件下如 金刚石对顶砧压机内的微小砧面或者低温罐内微小样品的瞬态吸收过程时， 样品池与金刚 石有一定厚度， 光无法从侧面穿过， 金刚石砧面上装载样品区域的直径在微米量级， 导致无 法使用非共轴光路， 故 需使用共轴瞬态吸收光路， 使泵浦 光和探测光同时到达样品， 但泵浦 光和探测光的分离成为难题。 发明内容 [0005]本发明提供一种诊断极端条件下共轴BOXC RS构型的圆偏振瞬态吸收光谱系统， 对说　明　书 1/4 页 3 CN 114563367 A 3