【摘要】：超快泵浦-探測系統(tǒng)可以在飛秒時間量級分辨事物的變化過程,在物理、生物、化學和醫(yī)學等各個領域均有重要的應用。超快泵浦-探測實驗需上百次的改變泵浦光與探測光之間的光程差,且需記錄對應光程差探測光的功率。繁瑣的數(shù)據(jù)記錄和光程差控制難于手動完成因此,自動化控制系統(tǒng)是其應用的關鍵。此外,超快泵浦-探測系統(tǒng)使用的激光源通常抖動較大,這導致測試結果的信噪比較低。如何獲得高信噪比的探測信號也是泵浦-探測的關鍵技術。本論文圍繞設計和搭建低噪聲超快泵浦-探測自動化控制系統(tǒng)開展工作,基于Lab VIEW開發(fā)了超快泵浦-探測自動測量系統(tǒng),并結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,設計了超快泵浦-探測自動化控制軟件。該軟件通過RS232與GPIB協(xié)議控制測量系統(tǒng)中儀器,實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化控制與數(shù)據(jù)的自動化采集。并且,自動化控制軟件可以將測量數(shù)據(jù)實時作圖,簡少了泵浦-探測實驗系統(tǒng)的工作量。(2)結合光學斬波器和鎖相放大器,實驗搭建了低噪聲的超快泵浦-探測系統(tǒng)。在超快泵浦-探測系統(tǒng)中,使用斬波器將激光調制成特定的頻率。將斬波器輸出的信號做為參考信號輸入至鎖相放大器,鎖相放大器只檢測被測信號中與參考信號頻率相同的成分,其它頻率的成分則受到大幅度抑制。若直接使用功率計測量激光功率,其方差為0.0001;使用鎖相放大器測量,當積分時間常數(shù)設置為3 s時,測量方差為0.000006。通過超快泵浦-探測系統(tǒng)測試二硫化碳的超快動力學特性,驗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.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP311.52;TN722;TN24

【參考文獻】

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本文編號：2293582