【摘要】：超快泵浦-探測(cè)系統(tǒng)可以在飛秒時(shí)間量級(jí)分辨事物的變化過程,在物理、生物、化學(xué)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用。超快泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)需上百次的改變泵浦光與探測(cè)光之間的光程差,且需記錄對(duì)應(yīng)光程差探測(cè)光的功率。繁瑣的數(shù)據(jù)記錄和光程差控制難于手動(dòng)完成因此,自動(dòng)化控制系統(tǒng)是其應(yīng)用的關(guān)鍵。此外,超快泵浦-探測(cè)系統(tǒng)使用的激光源通常抖動(dòng)較大,這導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的信噪比較低。如何獲得高信噪比的探測(cè)信號(hào)也是泵浦-探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。本論文圍繞設(shè)計(jì)和搭建低噪聲超快泵浦-探測(cè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)開展工作,基于Lab VIEW開發(fā)了超快泵浦-探測(cè)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),并結(jié)合鎖相放大器研究了其信噪比特性。論文主要工作包括:(1)基于Lab VIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)了超快泵浦-探測(cè)自動(dòng)化控制軟件。該軟件通過RS232與GPIB協(xié)議控制測(cè)量系統(tǒng)中儀器,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制與數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集。并且,自動(dòng)化控制軟件可以將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)作圖,簡(jiǎn)少了泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作量。(2)結(jié)合光學(xué)斬波器和鎖相放大器,實(shí)驗(yàn)搭建了低噪聲的超快泵浦-探測(cè)系統(tǒng)。在超快泵浦-探測(cè)系統(tǒng)中,使用斬波器將激光調(diào)制成特定的頻率。將斬波器輸出的信號(hào)做為參考信號(hào)輸入至鎖相放大器,鎖相放大器只檢測(cè)被測(cè)信號(hào)中與參考信號(hào)頻率相同的成分,其它頻率的成分則受到大幅度抑制。若直接使用功率計(jì)測(cè)量激光功率,其方差為0.0001;使用鎖相放大器測(cè)量,當(dāng)積分時(shí)間常數(shù)設(shè)置為3 s時(shí),測(cè)量方差為0.000006。通過超快泵浦-探測(cè)系統(tǒng)測(cè)試二硫化碳的超快動(dòng)力學(xué)特性,驗(yàn)證了該降噪方法的有效性。
[Abstract]:Ultra-fast pump-detection system can distinguish the change process of things in femtosecond order of magnitude. It has important applications in physics, biology, chemistry and medicine. It is necessary to change the optical path difference between the pump light and the probe light hundreds of times in the ultra-fast pumping-detection experiment and to record the power of the detection light corresponding to the optical path difference. Tedious data recording and optical path difference control are difficult to be accomplished manually. Therefore, automatic control system is the key to its application. In addition, the laser source used in the ultra-fast pump-probe system is usually jitter, which results in a low SNR of the measured results. How to obtain high SNR detection signal is also the key technology of pump-detection. This paper focuses on the design and construction of a low-noise ultra-fast pump-probe automatic control system. Based on Lab VIEW, the ultra-fast pump-probe automatic measurement system is developed, and the signal-to-noise ratio (SNR) characteristics of the system are studied in combination with the phase-locked amplifier. The main work of this paper is as follows: (1) based on the Lab VIEW virtual instrument development platform, an automatic control software for ultra-fast pumping and detection is designed. The software realizes the automatic control of the system and the automatic collection of data by means of the RS232 and GPIB protocol to control the instrument in the measuring system. Moreover, the automatic control software can map the measurement data in real time, which reduces the workload of the pump-detection experiment system. (2) combining the optical chopper and the phase-locked amplifier, a low-noise ultra-fast pump-detection system is built. In an ultra-fast pump-probe system, a chopper is used to modulate the laser to a specific frequency. The chopper output signal is input to the phase-locked amplifier as the reference signal. The phase-locked amplifier only detects the same component of the measured signal as the reference signal frequency, while the other frequency components are greatly suppressed. If the laser power is measured directly by the power meter, the variance is 0.0001, and when the integral time constant is set to 3 s, the variance is 0.000006 when the phase-locked amplifier is used to measure the laser power. The effectiveness of the proposed noise reduction method is verified by testing the ultra-fast kinetic characteristics of carbon disulfide by ultra-fast pump detection system.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP311.52;TN722;TN24

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2293582