光學(xué)延遲線通過掃描改變兩束光之間的光程差,在時間分辨超快光譜學(xué)或分子動力學(xué)實驗中*。典型的光學(xué)延遲線搭建方法,是將中空回射鏡(Retro-reflector)或兩面反射鏡置于直線位移臺上,如下圖所示。
位移臺及其驅(qū)動器的選擇會對實驗結(jié)果產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。下文將逐一介紹相關(guān)的核心參數(shù),包括時間延遲窗口長度、小運動步進、重復(fù)定位精度、偏移量、絕dui精度和機械誤差等。
時間延遲窗口長度
這是選擇直線位移臺首先要考慮的參數(shù)。延遲窗口長度T指光束經(jīng)過中空回射系統(tǒng)并返回所經(jīng)歷的時間,與位移臺的行程L直接相關(guān)。對于采用單回路的時間延遲線設(shè)計,
T = 2*L/c
其中c是真空中的光速。
延遲步進分辨率
其次要考慮的是延遲步進分辨率(Δτ),它取決于位移臺的小運動增量(MIM)
Δτ = 2*MIM/c
重復(fù)定位精度
與小運動步進同樣重要的是位移臺的重復(fù)定位精度,亦即系統(tǒng)多次重復(fù)到達同一位置時的偏差(上圖紅色曲線)。典型的時間分辨實驗中,直線位移臺需要掃描特定的距離(由分析樣品所需的時間延遲計算得出),以記錄信號隨時間延遲的變化。重復(fù)掃描并取平均值可以提升信號質(zhì)量并降低信躁比,因此需要位移臺有較高的重復(fù)定位精度。
偏移量
平整度和直線度表征了理想直線運動的偏移量,分別垂直于水平和豎直平面上的運動。俯仰(Pitch)和偏擺(Yaw)指圍繞運動方向正交軸(y,z)的轉(zhuǎn)動,而翻滾(Roll)是圍繞運動方向軸的轉(zhuǎn)動,如下圖所示。
在泵浦——探測(Pump-Probe)時間分辨實驗中,泵浦和探測光束在目標樣品處實現(xiàn)空間重合,而它們的相對時間延遲則通過位移臺的掃描來實現(xiàn)。位移臺的偏移,尤其是角方向上的偏移,會影響掃描過程中的空間重合度。兩束光重合的位置距離延遲線越遠,位移臺的俯仰和偏擺造成的空間偏移量便越大。
絕dui精度
指令位置與實際到達位置的匹配度,即是位移臺的絕dui精度。如果絕dui精度較低,可能會引起測試結(jié)果的畸變,導(dǎo)致一些假的動力學(xué)特征。位移臺的驅(qū)動方式(螺桿、滾珠、傳動帶或直線電機)和反饋決定其絕dui精度。絲杠和滾珠驅(qū)動的位移臺可以提供良好的小運動增量。但大部分情況下,它們都采用開環(huán)控制設(shè)計,沒有位置反饋,所以絕dui精度較低。直線電機驅(qū)動的系統(tǒng)不同于螺桿驅(qū)動,不存在齒隙的問題。此外,直線電機受熱膨脹的影響較小,所以絕dui精度較高。
反饋裝置相對于電機的距離也會直接影響到運動控制系統(tǒng)的絕dui精度。
機械誤差
對于線性或單調(diào)遞增的誤差,如余弦誤差、螺桿俯仰誤差、測量點的角度偏差(阿貝誤差)以及熱膨脹效應(yīng)。它們可以通過線性誤差補償來彌補,如上圖所示,通過線性補償進行糾正。
補償后精度=補償前精度- (斜率x位移)
非線性誤差則需借助激光干涉儀來進行誤差補償。根據(jù)精度需求選擇不同數(shù)量的點,每移動到一個點記錄該位置的誤差,再通過控制器計算,以進行誤差補償。帶有線性編碼器的位移臺在經(jīng)過補償后,終精度可達到數(shù)百納米。
上文列舉了選擇延遲線需要考慮的主要因素。Newport生產(chǎn)搭建延遲線所需要的多種位移臺、控制器和回射裝置,歡迎您的咨詢。
森泉為您的科研事業(yè)添磚加瓦:
1) 激光控制:激光電流源、激光器溫控器、激光器控制、伺服設(shè)備與系統(tǒng)等等
2) 探測器:光電探測器、單光子計數(shù)器、單光子探測器、CCD、光譜分析系統(tǒng)等等
3) 定位與加工:納米定位系統(tǒng)、微納運動系統(tǒng)、多維位移臺、旋轉(zhuǎn)臺、微型操作器等等
4) 光源:半導(dǎo)體激光器、固體激光器、單頻激光器、單縱模激光器、窄線寬激光器、光通訊波段激光器、CO2激光器、中紅外激光器、染料激光器、飛秒超快激光器等等
5) 光機械件:用于光路系統(tǒng)搭建的高品質(zhì)無應(yīng)力光機械件,如光學(xué)調(diào)整架、鏡架、支撐桿、固定底座等等
6) 光學(xué)平臺:主動隔振平臺、氣浮隔振臺、實驗桌、剛性工作臺、面包板、隔振、隔磁、隔聲綜合解決方案等等
7) 光學(xué)元件:各類晶體、光纖、偏轉(zhuǎn)鏡、反射鏡、透射鏡、半透半反鏡、濾光片、衰減片、玻片等等
8) 染料:激光染料、熒光染料、光致變色染料、光致發(fā)光染料、吸收染料等等
青島森泉光電有限公司
地址:山東省青島市黃島區(qū)峨眉山路396號光谷軟件園57號樓501
青島森泉光電有限公司 版權(quán)所有 備案號:魯ICP備18050584號-2 總訪問量:169763 站點地圖 技術(shù)支持:化工儀器網(wǎng) 管理登陸