光學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或分子動力學實驗中*,。典型的光學延遲線搭建方法,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,。
位移臺及其驅動器的選擇會對實驗結果產生至關重要的影響。下文將逐一介紹相關的核心參數(shù),,包括時間延遲窗口長度,、小運動步進、重復定位精度,、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指光束經過中空回射系統(tǒng)并返回所經歷的時間,,與位移臺的行程L直接相關。對于采用單回路的時間延遲線設計,,
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
重復定位精度
與小運動步進同樣重要的是位移臺的重復定位精度,,亦即系統(tǒng)多次重復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,。重復掃描并取平均值可以提升信號質量并降低信躁比,因此需要位移臺有較高的重復定位精度,。
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)的轉動,,而翻滾(Roll)是圍繞運動方向軸的轉動,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,,可能會引起測試結果的畸變,導致一些假的動力學特征,。位移臺的驅動方式(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)控制設計,,沒有位置反饋,,所以絕dui精度較低。直線電機驅動的系統(tǒng)不同于螺桿驅動,,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,。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,。
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