多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)及包括其的電子自旋共振譜儀技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)及包括其的電子自旋共振譜儀。所述多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)可包括：多個光源模塊，其發(fā)射波長至少部分地彼此不同；光源驅(qū)動和控制電路，用于控制所述多個光源模塊；上位機(jī)，用于設(shè)置所述多個光源模塊的控制參數(shù)，并且向光源驅(qū)動和控制電路發(fā)送對應(yīng)的控制指令以執(zhí)行對所述多個光源模塊的控制；合束器，用于對所述多個光源模塊發(fā)射的光束進(jìn)行合束處理；以及準(zhǔn)直鏡頭，用于對合束后的光束進(jìn)行準(zhǔn)直處理，并且引導(dǎo)準(zhǔn)直光束照射樣品材料以激發(fā)自由基。本發(fā)明專利技術(shù)的光源系統(tǒng)能夠提高多種樣品的自由基濃度，從而拓展電子自旋共振譜儀的樣品測量范圍。而拓展電子自旋共振譜儀的樣品測量范圍。而拓展電子自旋共振譜儀的樣品測量范圍。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)及包括其的電子自旋共振譜儀


[0001]本專利技術(shù)總體上涉及物性測量領(lǐng)域，更特別地，涉及一種多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，以及包括該光源系統(tǒng)的電子自旋共振譜儀(ESR)。所述光源系統(tǒng)能夠提高多種ESR樣品的自由基濃度，從而拓展ESR的樣品測量范圍。

技術(shù)介紹

[0002]電子自旋共振譜儀(ESR)，也稱為電子順磁共振譜儀(EPR)，是一種用來檢測樣品弱磁性的設(shè)備。ESR可以探測樣品中未配對的電子例如自由基的磁共振吸收譜，通過分析共振吸收條件來了解樣品中的微觀磁環(huán)境，因而在材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]在使用ESR對樣品進(jìn)行測量時，經(jīng)常遇到的一個問題是大部分樣品的天然自由基濃度很低，因此存在信號微弱或者甚至檢測不到信號的情況。為了解決這一問題，一方面需要不斷提高SER中的磁性測量模塊的測量精度，但是當(dāng)測量精度達(dá)到一定水平后，很難進(jìn)一步提高，而且存在成本代價急劇上升的問題。另一方面，可以使用激發(fā)光源照射樣品以提高樣品中的自由基濃度，從而提高信號強(qiáng)度。然而，不同樣品可能需要不同的激發(fā)光源，因此配備特定光源的ESR可測量的樣品范圍仍是有限的。如果考慮為ESR更換光源附件，由于不同光源的波長、時序和能量控制可能是不同的，因此還會遇到需要對光源控制器進(jìn)行二次開發(fā)的問題，這極大地浪費了科研工作者的時間和精力。
[0004]因此，仍需要一種自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，其能夠被方便且簡單地控制，并且能夠適用于提高多種樣品的自由基濃度，以拓展ESR的樣品測量范圍。/>
技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)的一示例性實施例提供一種用于電子自旋共振譜儀的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，包括：多個光源模塊，其發(fā)射波長至少部分地彼此不同；光源驅(qū)動和控制電路，用于控制所述多個光源模塊；上位機(jī)，用于設(shè)置所述多個光源模塊的控制參數(shù)，并且向光源驅(qū)動和控制電路發(fā)送對應(yīng)的控制指令以執(zhí)行對所述多個光源模塊的控制；合束器，用于對所述多個光源模塊發(fā)射的光束進(jìn)行合束處理；以及準(zhǔn)直鏡頭，用于對合束后的光束進(jìn)行準(zhǔn)直處理，并且引導(dǎo)準(zhǔn)直光束照射樣品材料以激發(fā)自由基。
[0006]在一些示例中，所述多個光源模塊包括紫外光源、LED光源和激光光源中的一種或多種。
[0007]在一些示例中，所述多個光源模塊包括輸出波長彼此不同的多個半導(dǎo)體激光器。
[0008]在一些示例中，所述多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)還包括：多個透鏡系統(tǒng)，其分別用于將所述多個光源模塊發(fā)射的光束耦合到對應(yīng)的合束前光纖中，并且所述合束前光纖將所述多個光源模塊發(fā)射的光束引導(dǎo)至所述合束器，所述合束器發(fā)出的合束后的光束經(jīng)合束后光纖引導(dǎo)至所述準(zhǔn)直鏡頭。
[0009]在一些示例中，所述透鏡系統(tǒng)包括：第一柱面鏡，設(shè)置為其柱軸方向平行于對應(yīng)的
光源模塊的光輸出表面；以及非球面聚焦透鏡，用于將經(jīng)所述第一柱面鏡出射的光聚焦到所述合束前光纖中。
[0010]在一些示例中，所述透鏡系統(tǒng)還包括：第二柱面鏡，設(shè)置在所述第一柱面鏡與所述非球面聚焦透鏡之間，所述第二柱面鏡設(shè)置為其柱軸方向與所述第一柱面鏡的柱軸方向基本垂直。
[0011]在一些示例中，所述合束后光纖包括石英光纖，所述石英光纖在1700攝氏度以上的溫度下進(jìn)行熱處理以使其輸出光斑勻化。
[0012]在一些示例中，所述光源驅(qū)動和控制電路包括：通信模塊，用于與所述上位機(jī)通信，以接收來自所述上位機(jī)的控制指令；數(shù)據(jù)采集卡，用于將從所述上位機(jī)接收到的控制指令轉(zhuǎn)換成模擬信號；多路電流/電壓驅(qū)動模塊，用于響應(yīng)于與控制指令對應(yīng)的模擬信號，對所述多個光源模塊進(jìn)行控制，其中，所述數(shù)據(jù)采集卡還用于采集所述多個光源模塊的狀態(tài)信息，并將所采集的狀態(tài)信息經(jīng)由所述通信模塊發(fā)送給所述上位機(jī)。
[0013]在一些示例中，所述上位機(jī)包括：通信模塊，用于與所述光源驅(qū)動和控制電路通信，以將控制指令發(fā)送給所述光源驅(qū)動和控制電路通信；波長選擇模塊，用于從所述多個光源模塊中選擇一個或多個光源模塊以輸出期望波長的光束；時長/時序設(shè)置模塊，用于設(shè)置所選擇的光源模塊的光束輸出時長和/或時序；功率設(shè)置模塊，用于設(shè)置所選擇的光源模塊的輸出功率；光斑設(shè)置模塊，用于設(shè)置所述輸出鏡頭的輸出光斑的大小；以及溫度設(shè)置模塊，用于設(shè)置所述多個光源模塊的溫度參數(shù)。
[0014]本專利技術(shù)的另一示例性實施例提供一種電子自旋共振譜儀，其包括上述多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)。
[0015]本專利技術(shù)的用于電子自旋共振譜儀(ESR)的多波長自由基激發(fā)光源系統(tǒng)具有多波段、不同時序、時長和能量自由選擇/設(shè)置的功能，能夠適應(yīng)不同樣品的自由基激發(fā)要求，拓展了ESR樣品的范圍。而且，本專利技術(shù)的多波長自由基激發(fā)光源系統(tǒng)能夠方便地對多個光源模塊進(jìn)行集中控制，操作簡單，極大地減少了科研人員在光源設(shè)置方面花費的時間和精力。此外，多波長自由基激發(fā)光源系統(tǒng)能夠利用ESR設(shè)備的主控計算機(jī)的現(xiàn)有接口，方便地與ESR設(shè)備相結(jié)合，而不需要對現(xiàn)有的ESR設(shè)備進(jìn)行大的改進(jìn)，因此降低了整個系統(tǒng)的成本。
[0016]本專利技術(shù)的上述和其他特征和優(yōu)點將從下面結(jié)合附圖對具體實施例的描述而變得顯而易見。
附圖說明
[0017]圖1為根據(jù)本專利技術(shù)一實施例的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為根據(jù)本專利技術(shù)一實施例的光源驅(qū)動和控制電路的功能框圖。
[0019]圖3為根據(jù)本專利技術(shù)一實施例的上位機(jī)的功能框圖。
[0020]圖4為根據(jù)本專利技術(shù)一實施例的用于將光源耦合進(jìn)光纖的光路圖。
[0021]圖5為根據(jù)本專利技術(shù)另一實施例的用于將光源耦合進(jìn)光纖的光路圖。
[0022]圖6為根據(jù)本專利技術(shù)一實施例的對光纖進(jìn)行局部熱處理的示意圖。
[0023]圖7為根據(jù)本專利技術(shù)一實施例的電子自旋共振譜儀(ESR)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]附圖標(biāo)記：
[0025]1：上位機(jī)
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1a：通信模塊
[0026]1b：波長設(shè)置/選擇模塊
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1c：時長/時序設(shè)置模塊
[0027]1d：功率/能量設(shè)置模塊
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1e：光斑設(shè)置模塊
[0028]1f：溫度設(shè)置模塊
[0029]2：光源驅(qū)動和控制電路
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2a：通信模塊
[0030]2b：數(shù)據(jù)采集卡
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2c：多路電流/電壓驅(qū)動模塊
[0031]2d：溫度控制模塊
[0032]3?
1至3
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n：光源模塊
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1至4
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n：耦合透鏡
[0033]5?
1至5
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n：合束前光纖
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6：合束器
[0034]7：合束后光纖
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8：準(zhǔn)直鏡頭
[0035]10：光源系統(tǒng)
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100：電子自本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于電子自旋共振譜儀的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，包括：多個光源模塊，其發(fā)射波長至少部分地彼此不同；光源驅(qū)動和控制電路，用于控制所述多個光源模塊；上位機(jī)，用于設(shè)置所述多個光源模塊的控制參數(shù)，并且向光源驅(qū)動和控制電路發(fā)送對應(yīng)的控制指令以執(zhí)行對所述多個光源模塊的控制；合束器，用于對所述多個光源模塊發(fā)射的光束進(jìn)行合束處理；以及準(zhǔn)直鏡頭，用于對合束后的光束進(jìn)行準(zhǔn)直處理，并且引導(dǎo)準(zhǔn)直光束照射樣品材料以激發(fā)自由基。2.如權(quán)利要求1所述的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，其中，所述多個光源模塊包括紫外光源、LED光源和激光光源中的一種或多種。3.如權(quán)利要求1所述的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，其中，所述多個光源模塊包括輸出波長彼此不同的多個半導(dǎo)體激光器。4.如權(quán)利要求1所述的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，還包括：多個透鏡系統(tǒng)，其分別用于將所述多個光源模塊發(fā)射的光束耦合到對應(yīng)的合束前光纖中，并且所述合束前光纖將所述多個光源模塊發(fā)射的光束引導(dǎo)至所述合束器，所述合束器發(fā)出的合束后的光束經(jīng)合束后光纖引導(dǎo)至所述準(zhǔn)直鏡頭。5.如權(quán)利要求4所述的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，其中，所述透鏡系統(tǒng)包括：第一柱面鏡，設(shè)置為其柱軸方向平行于對應(yīng)的光源模塊的光輸出表面；以及非球面聚焦透鏡，用于將經(jīng)所述第一柱面鏡出射的光聚焦到所述合束前光纖中。6.如權(quán)利要求5所述的多波段自由基激發(fā)光源系統(tǒng)，其中，所述透鏡系統(tǒng)還包括：第二柱面鏡，設(shè)置在所述第一柱面鏡與所述非球面聚焦透鏡之間...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆麗琴，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：