飞秒中红外瞬态吸收光谱仪

**优点：**
♦ 全自动泵浦光对齐，开机即用
♦ 8 ns 高速智能延时线，14 fs 分辨率
♦ 时间分辨率：1.4 x 激光脉冲时间
♦ 探测 2 - 10 µm 的瞬态中红外吸收光谱
♦ 反射式探测光聚焦
♦ 数据采集速度：5KHz@2x64 像素MCT，100KHz@2x单点MCT

**简介：**
► Helios-IR设计与飞秒中红外光源 (例如：配备DFG模式的TOPAS) 一起工作，探测2 - 10 μm的瞬态中红外吸收光谱，包括：激发态吸收 (Excited State Absorption)，受激辐射 (Stimulated Emission)，振动弛豫(Vibrational relexation) ，振动和转动能级（Rotational levels, Vibrational levels）和荧光辐射 (Fluorescent Emission)等。籍此分析基态吸收引发的能量转移、电荷迁移、振动或转动能级跃迁、以及多激子效应 (Multiple Exciton Generation, MEG) 和俄歇复合(Auger recombination)等超快过程。
► 超大时间窗，高速智能延时线，采集14 fs - 8 ns，~10⁶时域范围的3D瞬态吸收光谱，只需~30 min，最大限度降低了激光对样品的辐射损伤。
► 探测器采用最先进锑镉化汞(MCT)阵列元，可配置为单通道或双通道，以实现最大光谱分辨率或最佳的信噪比。
► 最大光谱范围：2 - 10 μm，标配3块不同光谱分辨率的光栅，以适合不同的波段和分辨率，多个波段的光谱可通过软件拼接至最大的光谱范围。

Helios-IR是一个飞秒时域的中红外瞬态吸收光谱仪，这个系统延伸了Helios的光谱探测能力至Mid-IR波段，Helios-IR采用最新一代HgCdTe (MCT) 阵列传感器，以及优化的数字化技术，系统不仅耐用，而且是简便，开机即用，探测 2 - 10μm 的波段。

Helios-IR设计与飞秒宽带中红外激光 (例如：配备DFG模式的TOPAS) 一起工作，标配高速随机任选式延时线，8 ns时间窗，时间分辨率是激光脉冲半峰宽的1.4倍。

MCT 检测器

检测器：

Helios-IR 有多种可选的HgCdTe（MCT）检测器配置，包括单阵列元检测器实现高宽带、高分辨率探测，和双阵列检测器作双通道探测实现更高的信噪比；

32, 64 或 128 元单阵列
16×2, 32×2 或 64×2 元双阵列

可选双通道配置：
Helios-IR可选配双阵列HgCdTe（MCT）检测器实现双通道探测，探测光被分割为2束，1束透射样品，另1束直接进入双阵列MCT检测器，检测器实时的监测探测光的波动；由于Mid-IR探测光非常弱，而且在OPA内经过几次混频、差频生成，双通道可以显著的改善信噪比。

光谱分辨率：

Helios-IR标配3个光栅，以适应不同的带宽和光谱分辨率：

响应波长	带宽	分辨率
3-9 µm	0.4 µm	6.2 nm
4-10 µm	0.8 µm	12.4 nm
3-9 µm	1.2 µm	18.6 nm

智能高速延时线

飞秒时间分辨是通过光学延时线来实现的，延长探测光的光路，使同一激光脉冲分割出来的探测光滞后于泵浦(激发)光，籍此探测 fs - ns 时域的激发态或荧光发射；最大的延时也称时间窗。

智能延时线（Smart Delay Line™）

光束指向的微小变化 (激光漂移、切换镜片) 也会显著影响数据的质量，因此每天至少检查一次延时线的对齐，手工对齐延时线需要经特殊的技术培训，而且比较浪费时间。

而 "智能延时线" 是程控自动最齐的，只需要几分钟，就可以恢复到延时线的初始对齐状态，非常重要的是，初始的光束指向也同时获得恢复，这确保了延时线 “下游” 的光路也无需再次对齐！这显著的缩短了实验前的准备时间，设备有更多的运行时间，更进一步，减少了用户的技术培训，使更多的研究者都能使用我们的系统。

全自动的无需手动对齐的延时线，不需要任何的特殊培训；
自动恢复延时线至初始对齐状态，以及其后的光束指向；
典型的对齐时间是3 - 5 min；
高精度，无需操作手册，经 8 ns的延时范围，光束指向偏移 <10 µm；
专利申请中

预先对齐的反光镜架，更换镜片也无需调校；全内反射式三角锥棱镜，最小的光损失。

高速智能延时线，高速度、高加速度、无电刷线性马达，无机械传动，无停顿的振动，双直线光栅导轨，提供了优异的准直、线性以及高分辨率，随机延时与顺序延时的数据采集时间几乎相同，

时间窗: 8 ns
分辨率: 14 fs
最小步进: 2.8 fs
最大速率: >10 ns/s
加速度: >260 ns/s²

高速延时线几乎不会对100 fs的激光脉冲时间产生可分辨的影响，对于35 fs 的激光脉冲，仅仅使激光脉冲增加~ 2 fs。

高效能：全内反式反射镜，不仅脉冲啁啾被校正，激光能量也很少损失，延时线下游仍保持 ~ 90% 的初始输入能量。

模块化的电子控制器

光谱仪的光学系统和样品架被集成在一个容器内，放置于光学桌面上；各种电子控制器和工控计算机无须用户调教，被集成在一个机架模块内，通过一条受保护的光纤/电缆复合线缆与桌面的光学系统连接，用户只须开关电源即可，这个模块通常被放置在光学桌面下；

仪器的用户界面也变得很简单，通常只有样品架、电源开关和电脑的输入输出设备。

磁力搅拌器

标准配置的比色池架，配备了可调速磁力搅拌器，2 mm密闭比色池，和6 X 1.5 mm搅拌子。

流动池

光不稳定的液体还可选流动池，高质量蠕动泵，免维护马达、振动隔离、静音变速、易于操作、死体积为“零”、极低液体需用量；同步1kHz激光脉冲，使用2mm比色皿时，每次激光脉冲都能同步更换新鲜的样品，实验可以连续运行。

2D可移动固体样品架设置

流动池的参数：

流量：50 – 1700 ml/min (可调)
流速：> 1,125 mm/s ( 使用2mm 比色皿 )
操作温度：10 – 70℃

二维可移动样品架

对于固体样品，可选二维可移动样品架，可移动样品架在8 mm X 8 mm的区域内，最大速度5 mm/s 扫描或任意图案，如：橄榄形，更换测试样品，却不必重新装载，实验能长时间连续进行，固体样品架可完全被数据采集软件控制，程控设置扫描速度和位移；这个固体样品架还能装载液体比色皿。

自动激光功率计

在样品被激发的前方，内建一个激光功率计，在后台全自动测量功率，无需移动光路部件或改变光路对准，更无需人为干预。

飞秒谐波发生器

飞秒谐波发生器,飞秒二倍频器,飞秒三倍频器

飞秒谐波发生器，提供更高的光子能量，也称倍频器，倍频器将~ca.800nm飞秒激光倍频为~ca.400nm，二倍频效率高达25%，三倍频器输出~ca.266nm。

Surface Xplorer, 3D瞬态吸收光谱分析软件, 3D瞬态荧光光谱分析软件, UFS-FLUCENT

Surface Xplorer用于分析Helios、Halcyone、EOS的数据。
软件的界面非常直观、友好，主界面的四个角分别是：
矩阵数据(左上)、动力学曲线 (右上)、时间分辨光谱 (左下) 和实验参数 (右下)，
免费下载使用，无需授权，提供演示文件，以及英文说明书下载。

Surface Xplorer的主要功能包括：

快速浏览动力学曲线和时间分辨光谱
动力学分析，多元指数拟合
自动多元寿命计算和权重值
时间啁啾校正，零时间校准
奇异值分解，全局拟合
不同时域光谱、不同波段光谱曲面合并
数据分析是“所见即所得”，同步3D和2D数据显示
“单击”剔除坏光谱, “单击”替换坏光谱，用均值来填补，避免错误数据
从2D矩阵数据生成3D图，3D图的旋转
奇异值分解，3D图还原2D矩阵数据
在2D矩阵图上任取一点时，实时显示该点的时间分辨光谱和动力学曲线
共振动力学和非共振动力学分析
同步显示多条动力学曲线或时间分辨光谱，及指前相关光谱
散射光和背景抽除
偏振极化分析
选取动力学曲线或时间分辨光谱可快速输出CSV文件或输出到Origin
快速拟合动力学曲线，只需“单击”，即可输出到Origin
“单击”鼠标，生成PDF格式报告，或者将报告输出到Origin

Helios、Halcyone、EOS和Proteus的数据采集软件都是基于Labview，全自动程控的数据采集，只需要设置延时步进、时间窗等几个参数，在实验进行时仍可调整实验参数；数据采集软件可设置不同用户的权限，其中高级用户拥有调节系统ADC动态范围、设置数据舍弃阈值等。

数据采集软件还包括API开发工具包，API提供的dll文件可以被多种编程语言调用，还提供基于Labview 8.6的示范文件及源代码，供用户开发新的程序，来联机控制其他仪器或部件，例如：温控器、OPA波长输出等等。

飞秒微秒的瞬态吸收光谱合并

飞秒至微秒的瞬态吸收光谱

合并Helios与EOS的数据也非常简便，

Combine Multiple Surfaces-->选择两个数据文件“确认”即可；

合并后生成的fs-μs时域的3D图。

飞秒微秒的瞬态吸收光谱合并

视频说明：

动力学分析非常简单，选中感兴趣的波长，

在软件菜单中选择共振动力学拟合“Kinetics --> Fit Resonant Kenetics“；

之后确定需要几”元“指数回归才能达成最佳拟合；

软件会自动计算出拟合曲线；

但放大细节观察，会发现2元指数拟合还不够好；

增加至3元指数拟合，会更好；

保存分析结果为一个ACSII文件（3元拟合的寿命和权重也显示出来）。

瞬态吸收动力学曲线拟合

视频说明：

Surface Xplorer 无须填写初始拟合参数 (软件自动计算) ；

不过为了获得最佳的拟合，有时需要少许的人工介入；

当软件没能获得最佳的拟合，需要人工增加指数”元“；

使软件能够确定t₀(零时刻) 和t_p(实验的IRF) ;

之后再降低指数”元“，就能获得更好的拟合，保存数据。

视频说明：

在做全局拟合之前，将数据用奇异值分解 (SVD)，求解出主成份(Principal Components via SVD)；

选择几个合理的主成分；

被选中的主成分显示在图表中；

之后就可以做全局拟合；

左上图显示需要2元以上的指数拟合 (增加至3元拟合) ；

指数前相关光谱及其寿命显示在左侧。

视频说明：

打开溶剂响应文件，做非共振动力学拟合 (Fit Nonresonant Kinetics)；

我们需要去发现不同波长的准确”零时刻“；

无须输入初始化数据；

拟合的结果自动保存在默认文件夹；

至少找到5个不同波长的”零时刻“；

打开数据文件选择啁啾校正“Chirp Correction”；

选中之前保存的校正文件，数据即被校正。

注释：光在溶剂或介质中传播，不同波长的光速度不同，表现为蓝光比红光要延迟，因此需要用空白溶剂或介质的光谱，计算出不同波长光的"零时刻"，来校准实验数据。

视频说明：

Report --> 3D Surface (任意旋转，变换观察角度)

Light switch (增加3D曲面的光影质感)

Kinetics --> Save Kinetics (保存不同波长的动力学曲线)

Spectra --> Save Spectrum (保存不同延时的时间分辨光谱)

Report --> Spectra (生成时间分辨光谱报告 )

Report --> Kinetics (生成动力学曲线报告)

Report --> Spectra+Kinetics (生成时间分辨光谱和动力学曲线报告)

Report --> Spectra+Kinetics+Global Fit (生成时间分辨光谱、动力学曲线和指数前相关光谱报告)

图：时间分辨光谱、动力学曲线和全局拟合报告

正上方：不同波长的动力学曲线；左下角：不同延时的时间分辨光谱；右下角：不同延时的指数前相关光谱

延时分辨率：

14 fs

时间分辨率*：

1.4 x 激光脉冲时间

时间窗口：

8 ns

适合激光频率：

任意

检测器：

HgCdTe (MCT)

32, 64 或 128 元单阵列

16×2, 32×2 或 64×2 元双阵列

响应波长：

2 - 13 μm

光谱范围：

	分辨率	响应波长
400 nm	6.2 nm	3 -9 μm
800 nm	12.4 nm	4 - 10 μm
1200 nm	18.6 nm	3 - 9 μm

数据格式：

ASCII CSV (兼容Excel)

数据采集软件：

Helios 4.x

数据分析软件：

Surface Xplorer

光学模块体积 (长宽高)：

1425 X 864 X 250 mm³

电子模块体积 (长宽高)：

534 X 610 X 686 mm³

* 分辨率是仪器的响应特征 (IRF)。

Helios-IR设计用于中红外波段的瞬态吸收光谱，已经有实践应用的研究领域是：单碳纳米管中的自由载流子、窄带隙材料的电子迁移研究、光伏效应的多激子效应 (MEG) 等，其中“1个光子产生7个激子的研究”就是采用瞬态中红外吸收光谱技术。

中红外吸收领域涉及分子的振动和转动能级跃迁，Helios-IR的fs时间分辨率能为这些快速过程提供高质量探测；应用领域包括：

光化学
光物理
光生物学
材料学
清洁能源
纳米科技
细胞生物学

等等

FLASH 300 温控比色杯架，采用半导体温控，温控范围：-10 °C - +105 °C ，精度± 0.02 °C（可选-55 °C低温型号），配备磁力搅拌器，当温度低于露点时，可充干燥空气，避免结露。
激光脉冲光声波谱要求非常严格的温控，声音的传播速度与温度有关，特别是水的热膨胀系数 β, 对温度也敏感，大部分光声研究都是在水溶液中进行，在接近 4 °C时，β=0，在这一温度下，热扩散将不会影响光声信号，可观测到非热扩散因素导致的容积变化。
在FLASH 300的侧面，有一个插座，用于安装超声波探头和温度隔离罩。

FLASH 300 温控样品架的结构和超声探测器

TC 125温度控制器，控制温度开关和磁力搅拌速率，目标温度的分辨率为0.01 °C，可选 400型标准温度探头，实时测量和显示样品温度，USB接口。
FLASH 300通过串口输入如下图(黑线)的温控程序，可选同步显示温度探头的温度(红线)，例如：探头可置于比色杯内。
TC 125 和 FLASH 300 的温控范围，甚至可低于环境温度25 °C，选配液冷时可制冷至-10 °C以下。

T-app温度控制软件的程序温控和实时温度监测

最高温度	+105 °C
最低温度 (无干燥空气流)	+5 °C
最低温度 (有干燥空气流，最低的暴露)	-10 °C
最低温度 (密闭的干燥环境，0 °C 液冷)	-25 °C
最低温度 (WJ-300 隔热窗，-15 °C 低温液冷，额外的保温)	-40 °C
最低温度 (WJ-300 隔热窗，-30 °C 极低温液冷，加强的保温)	-55 °C

TOPAS-prime, 光学参量放大器, Coherent, Lightconversion

系统特征：

一体成型的机械结构，更稳定
程控调谐输出
能量转化效率从>30%至35%参量光
白光种子光，低噪声输出
模块化扩展调谐范围，从190 nm 至 20 μm
可选脉冲宽度设置以适应相干所有的kHz飞秒激光放大器
多个OPAs可用1个钛宝石放大器泵浦
可选高能量型号，以适配高达10mJ的高能脉冲放大器

TOPAS的波长调谐范围及能量输出

**TOPAS-Prime 程控模块化光学参量放大器**
系统参数^{1, 2}	光束	波长	脉冲	能量	偏振
			<50 fs 泵浦	<130 fs 泵浦
TOPAS-Prime⁴	Signal	1140 - 1600 nm	>250 μJ	(S+I)	V
	Idler	1600 - 2600 nm			H
选配模块³
TOPAS-Prime-VIS⁵	SHI	800 - 1150 nm	>30 μJ	>80 μJ	V
	SHS	580 - 800 nm			H
	SFI	533 - 580 nm	>30 μJ	>50 μJ	V
TOPAS-Prime-BLUE⁵	SFS	480 - 533 nm	>40 μJ	>70 μJ	V
TOPAS-Prime-UV1	FHI	400 - 480 nm			H
	FHS	290 - 400 nm	>5 μJ	>15 μJ	V
TOPAS-Prime-UV2	SH(SFI)	266 - 295 nm			H
	SH(SFS)	240 - 266 nm	>3 μJ	>8 μJ	H
TOPAS-Prime-NDFG1/2	DFG1	2.6 - 11 μm⁶	>2 μJ@4 μm	>8 μJ@4 μm	H
			>0.5 μJ@9 μm	>1.5 μJ@10 μm	H
	DFG2	5 - 20 μm⁷	>1 μJ@μm	>4 μJ@5 μm	H
			>0.1 μJ@15 μm	>0.3 μJ@15 μm	H

所有的参数都是基于1 mJ, 1kHz的Legend Elite或Libra系统；Legend Elite USX和Legend Elite Duo USX models谐波系统会低25%。
泵浦能量的线性范围，<130 fs泵浦时 0.3 - 4 mJ，<50 fs泵浦时 0.3 - 3.5 mJ; TOPAS-PrimePlus型号，<50 和 <130 fs 泵浦都可延伸至 5 mJ。
能量是峰值数据；VIS/BLUE/UV 波长的扩展选项包含了混频晶体，(例如：TOPAS-Prime-UV-2 选项包含了所有的必须的晶体以调谐从 240 - 1150 nm)；合同订制的型号，可最低至 190 nm.
信号光的脉冲时间，是<130 fs泵浦光的0.7 - 1.0倍; 或 <50 fs pump 泵浦光的1-1.5倍。
选用新鲜的泵浦包。非新鲜的泵浦包时，<50 fs泵浦的参数没有变化， <130 fs泵浦时，SFI = >60 uJ, SFS = >90 uJ。
DFG1的调谐范围：<50 fs 泵浦时 2.6 - 9 μm；DFG1的脉冲时间是<130 fs 泵浦的1 - 1.5倍，或<50 fs 泵浦的1.5 - 2倍。
DFG2 的调谐范围：<50 fs 泵浦时 5 - 15 μm；DFG2的脉冲时间是<130 fs泵浦的1-2倍。

基于持续的质量改进，参数如有变更恕不另行通知；从1976年8月2日起，相干的科研和工业激光器认证符合联邦放射健康与器械管理局条例(21 CFR Subchapter J)；相干承担TOPAS-Prime部件的有限质量保证，质保涵盖的细节，请参考www.Coherent.com或联系当地的销售代表。

TOPAS光学参量放大器的外形尺寸图

REUS是俄罗斯Avesta Ltd出品的钛宝石飞秒激光再生放大器；

REUS提供了多种可选规格，以适应更加灵活的应用：脉冲能量输出包括0.1 mJ、0.15 mJ、2 mJ等规格，最高达 500 mJ，重复频率10、20、50、100、1k、3k；还有可调频率的型号。

REUS-40系列采用TiF-15F钛宝石激光振荡器种子，输出优异的超短脉冲，脉冲时间<40 fs，最低 30 fs；

REUS-120系列采用EFOA-SH倍频铒光纤激光振荡器种子，环境的耐受性更好，脉冲时间 <120 fs。

REUS系列再生放大器包括飞秒种子振荡器，展宽器，法拉第隔离器，再生放大器，泵浦激光器、压缩器、普克尔腔和控制器、同步电子单元；还可以额外选配一个普克尔腔，来改善对比度和调谐重复频率，实现“按需脉冲”功能；所有的光学部件都集成在一个单盒底板上，实现稳定和可靠的输出以及全自动操作；系统还可按需再附加多通放大器，最高输出500 mJ (10或15 Hz)。

飞秒激光放大器脉冲时间

**REUS系列的型号和性能参数：**
REUS-120	F1K20	F1K01	F3K02
脉冲时间		<120 fs
脉冲能量	>2 mJ	>0.1 mJ	>0.2 mJ
重复频率	1 kHz	1 kHz	3 kHz
光束直径 (1/e²)	8 mm	5 mm	5 mm
稳定性 (rms)	<1 %	<2.0 %	<2.0 %
中心波长		780±15 nm

REUS-40	F1K	F10 /F20 /F50	F100	F3K
脉冲时间		<40^*	fs
脉冲能量	>2 mJ	>2 mJ	>1.5 mJ	>0.15 mJ
重复频率	1 kHz	10 /20 /50 Hz	100 Hz	3 kHz
光束直径 (1/e²)	8 mm	8 mm	8 mm	5 mm
稳定性 (rms)	<1 %	<2.5 %	<2.5 %	<2.0 %
中心波长		800 ± 15	nm

**REUS对比度图：**

**REUS全系列共同的性能参数：**
对比度	>10⁴** :1 /200:1 @10 ns； >10³:1 @1 ps； >10⁶:1 @5 ps； >5x10⁷:1 @10 - 20 ps； >5x10⁷:1 @ASE
空间模式	TEMoo，M²<1.3
偏振	线性，水平方向
体积	1200 x 900 x 220 mm³
冷却	闭路水冷

*脉冲时间可在30 - 120 fs按用户要求订制。

**选配额外的普克尔腔，改善对比度，脉冲频率从单脉冲至最大频率可调谐，脉冲能量会略有降低，例如：2 mJ会降低至1.8 mJ。

IRA-3-10 中红外自相关仪和IRA-0.45-3 近红外自相关仪；分别提供了中红外(mid-IR)波段(3–10 μm)和近红外(NIR)波段(0.45 - 3 μm)超短脉冲的脉冲时间和对比度的诊断功能，这一波段通常由光学参量放大器(OPAs)生成。
IRA包括光机械部件和USB接口的电子控制，系统包含友好的软件和数据采集分析工具，还能分析高斯分布和sech²拟合，光机械部件包括用于生成额外延时的参比光束，数据采集和分析与Windows XP完全兼容，包括USB驱动。

IRA中红外自相关仪软件
Topas-C OPA (波长：3.5 µm, 脉冲时间：120 fs)

**IRA 性能参数：**
型号：	IRA-3-10	IRA-0.45-3
波长范围：	3 - 10^* μm	450 - 700 nm 0.7 - 1.3 μm 1.3 - 2.1 μm 2.1 - 3^** μm
脉冲时间范围：	30 fs - 50 ps	50 fs - 300 fs (E>50 nJ, 薄晶体) 300 fs - 1 ps (E>1 µJ, 薄晶体; E>50 nJ, 厚晶体) 1 ps - 250 ps (E>1 µJ, 厚晶体)
输入重复频率：	<3 kHz	10 Hz - 80 MHz
输入偏振：	线性, 水平	(可选：垂直)
输入脉冲能量：	<10 μJ	N.A.
时间分辨率：	8.3 fs	8.3 fs@ (50 - 100 fs) >16.6 fs@ (>100 fs)
时间窗口：	150 ps	850 ps
PC接口：	USB
必须的设备：	PC和	Windows操作系统
体积：	400 x 250 x 210 250 x 180 x 90	mm³(光学单元) mm³(电子单元)

* - 波长被分割为3个更小的波段: 3 - 5. 5, 5. 5 - 7 和7 - 10 μm，通过切换晶体和滤光片，实现合适的波长。
** - 每个范围包括一套可切换的晶体、光束分割镜和滤光片，标配只含有1套，可选多套配置。

如需要进一步的信息，请使用下表发送，信息会立即被收到，或直接按“网页页脚”的联系方式和我们取得联系；售后服务及相关事宜请使用“售后服务“表格。

飞秒中红外瞬态吸收光谱仪

产品和方案

Helios IR