Спектрометр переходного поглощения HARPIA

Фемтосекундные спектроскопические системы HARPIA

  • Измерение фемтосекундного переходного поглощения/отражения
  • Фемтосекундная флуоресцентная ап-конверсия
  • Возможность проведения экспериментов в области фемтосекундного вынужденного комбинационного рассеяния (FSRS) с разрешением по времени
  • Подсчет фотонов с корреляцией по времени (TCSPC) от сотен пс до мкс

Производитель Light Conversion

Описание

HARPIA объединяет в себе различные возможности спектроскопии с разрешением по времени:

  • Измерение фемтосекундного переходного поглощения/отражения
  • Измерение многоимпульсного фемтосекундного переходного поглощения/отражения
  • Фемтосекундная флуоресцентная ап-конверсия
  • Подсчет фотонов с корреляцией по времени (TCSPC) от сотен пс до мкс
  • Автоматические измерения зависимости интенсивности переходного поглощения от флуоресцентного сигнала с разрешением по времени
  • Возможность проведения экспериментов в области фемтосекундного вынужденного комбинационного рассеяния (FSRS) с разрешением по времени

Возможности спектрометра HARPIA-TA могут быть дополнительно расширены модулями HARPIA-TF и HARPIA-TB. Полностью интегрированная система HARPIA может рассматриваться как миниатюрная лаборатория, позволяющая  проводить наиболее популярные и актуальные эксперименты по спектроскопии с временным разрешением. HARPIA позволяет получить обширное понимание сложных фотофизических и фотохимических свойств исследуемых образцов.

Переключение между различными измерительными модификациями является полностью автоматизированным и требует малейших действий со стороны пользователя. Оптическая схема данной системы спроектирована таким образом, чтобы общие габаритные размеры были как можно меньше и, в тоже время, работа оператора с прибором была наиболее простой и понятной. Несмотря на небольшие размеры, спектрометр HARPIA является легко кастомизируемым и может быть адаптирован для конкретных измерений. Все эксперименты и измерения контролируются с помощью нового и улучшенного программного обеспечения, оснащенного электронным помощником, измерительными предустановками и комплектами разработки для пользовательских приложений.

Области применения

  •  Фотохимия
  •  Фотобиология
  •  Фотофизика
  •  Материаловедение
  •  Физика полупроводников
  • Спектроскопия временного разрешения
  • Фемтосекундная спектроскопия

Модули расширения

HARPIA-TA: Сверхбыстрый спектрометр переходного поглощения

Отличительные особенности

  • Диапазон длины волны зондирования 350 – 1100 нм
  • Наличие свободного пространства для размещения криостата или проточной системы
  • Отслеживание положения луча и самокалибровка
  • Простая внешняя интеграция пользовательских спектрометров/спектрографов
  • Анализы переходного поглощения и сканирование вдоль оси в одном приборе

HARPIA-TA является основным компонентом спектроскопической системы, имеет компактный дизайн и интуитивно понятное исполнение, а также характеризуется легким повседневным обслуживанием. Данная система может использоваться совместно лазерными системами PHAROS/ORPHEUS или Ti:Sa/TOPAS. HARPIA-TA имеет лучшие характеристики среди аналогов, например, разрешаемые сигналы до 10-5, возможность работы на высоких частотах следования (до 1 МГц). Высокая частота следования позволяет проводить измерение динамики переходного поглощения, при этом возбуждая образцы импульсами очень низкой энергии.

HARPIA-TF: Расширение для фемтосекундной флуоресцентной ап-конверсии и TCSPC

Отличительные особенности

  • Простота управления
  • Наличие свободного пространства для размещения криостата или проточной системы
  • Автоматизированное спектральное сканирование и подстройка ап-конверсионного кристалла
  • Измерение динамики флуоресценции от сотен фс до 2 мкс в одном приборе
  • Полный контроль поляризации, интенсивности, задержки и длины волны

HARPIA-TF представляет собой расширение модуля HARPIA-TA для возможности проведения измерений флуоресценции с разрешением по времени двумя способами. Для получения самого высокого временного разрешения, флуоресценция измеряется с помощью флуоресцентной ап-конверсии, в которой флуоресцентное излучение, испускаемое образцом, смешивается (с суммированием частоты) с фемтосекундным лазерным стробирующим импульсом в нелинейном кристалле. В этом случае временное разрешение ограничивается длительностью импульса и составляет порядка 250 фс. Для флуоресцентного послесвечения, когда данное время превышает 150 пс, спектрометр может использоваться в режиме подсчета единичных фотонов с корреляцией по времени (TCSPC), который позволяет проводить высокоточные измерения кинетических линий (трасс) во временном интервале 200 пс – 2 мкс.

HARPIA-TB: Расширение для получения третьего сканирующего луча

Отличительные особенности

  • Расширение возможностей работы -
  • Дополнительный функционал к стандартной схеме измерения поглощения
  • Дополнение к сложным фотодинамическим системам
  • Полное управление третьим лучом
  • Программное обеспечение для анализа данных

Когда стандартных спектроскопических методов недостаточно для понимания сложной сверхбыстрой динамики фотоактивных систем, могут использоваться многоимпульсные спектроскопические методы с временным разрешением. HARPIA-TB представляет собой расширение модуля HARPIA-TA для возможности получения дополнительного луча накачки, добавляющего дополнительный функционал к стандартным временным измерениям поглощения. Дополнительный лазерный импульс с временной задержкой может использоваться в стандартной схеме накачки-зондирования с целью нарушения протекающего процесса фотодинамики, вызванного лучом накачки.

Возможные конфигурации с модулями расширения


Рис. 1. Конфигурация HARPIA для сверхбыстрого переходного поглощения, TCSPS и флуоресцентной ап-конверсионной спектроскопии


Рис. 2. Конфигурация HARPIA для сверхбыстрой спектроскопии многоимпульсного переходного поглощения


Рис. 3. Конфигурация HARPIA для сверхбыстрого многоимпульсного переходного поглощения, и флуоресцентной ап-конверсионной спектроскопии

Оптические схемы HARPIA


Оптическая схема спектрометра для переходного поглощения

Оптическая схема спектрометра для флуоресцентной ап-конверсии

Оптическая схема спектрометра HARPIA для многоимпульсных экспериментов

Технические характеристики

Модификация «накачка-зондирование»
Диапазон длины волны зондирования, поддерживаемый оптикой 240 – 2600 нм
Диапазон длины волны зондировании, генерации белого суперконтинуума при накачке на 1030 нм 350 – 750 нм, 480 – 1100 нм
Диапазон длины волны зондировании, генерации белого суперконтинуума при накачке на 800 нм 350 – 1100 нм
Диапазон регистрации детекторов длины волны зондирования 200 – 1100 нм, 700 – 1800 нм, 1.2 – 2.6 мкм
Спектральный диапазон спектральных устройств 180 нм – 24 мкм, достигается за счет сменяемых дифракционных решеток
Диапазон времени задержки 4 нс, 6 нс, 8 нс
Разрешение по задержке 4.17 фс, 6.25 фс, 8.33 фс
Частота следования лазерных импульсов 1 – 1000 кГц (частота АЦП < 2 кГц)
Временное разрешение < 1.4 части длительности импульса накачки или зондирования (какой из импульсов дольше)
Флуоресцентный ап-конверсионный режим
Рабочий диапазон 300 – 1600 нм 1)
Разрешение по длине волны Ограничено спектральной шириной стробирующего импульса, обычно 100 см-1
Диапазон времени задержки 4 нс, 6 нс, 8 нс
Разрешение по задержке 4.17 фс, 6.25 фс, 8.33 фс
Временное разрешение < 1.4 части длительности импульса накачки или зондирования (какой из импульсов дольше); 420 фс с лазером PHAROS 2)
Отношение сигнал/шум 100:1.5 при времени накопления 0.5 с на одну точку 3)
Режим TCSPC
Модуль TCSPC Becker&Hickl SPC-130, полностью интегрирован в ПО 4)
Детектор Becker&Hickl DCC-100
ФЭУ Becker&Hickl PMC-100-1
Рабочий диапазон 300 – 820 нм
Истинное временное разрешение < 200 пс
Временное разрешение с монохроматором < 1.2 нс 5)
Отношение сигнал/шум < 100:1 при времени накопления 5 с на одну линию 6)
Габаритные размеры
Спектрометр 621 × 1401 × 183 мм 7)

1) В зависимости от источника стробирования, может достигаться с различными нелинейными кристаллами

2) Оценивается как FWHM преобразованного суперконтинуума белого света, генерируемого в образце или производная фронта нарастания ап-конверсионного сигнала

3) Оценивается как стандартное отклонение 100 точек при измерении в течение 50 пс в красителе родамин 6G на ап-конверсионной длине волны 360 нм при использовании лазера PHAROS с частотой следования импульсов 150 кГц. Не применимо для всех образцов и конфигураций.

4) См. www.becker-hickl.de для получения подробных характеристик

5) Оценивается как FWHM преобразованного суперконтинуума белого света, генерируемого в образце или производная фронта нарастания ап-конверсионного сигнала

6) Оценивается путем подбора кинетической кривой при измерении в растворе родамин 6G на длине волны 580 нм с несколькими экспоненциальными  зависимостями, вычитая подогнанную кривую из данных и принимая во внимание соотношение между стандартными отклонениями остатков и значением половины максимума сигнала

7) Без внешнего спектрографа

Габаритные размеры и принцип работы спектрометра HARPIA


Габаритные размеры HARPIA


Принцип работы в режиме подсчета единичных фотонов с корреляцией по времени (TCSPC)


Принцип работы в режиме флуоресцентной ап-конверсии с разрешением по времени


Принцип работы в режиме спектроскопии многоимпульсного переходного поглощения с разрешением по времени