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    【儀器使用技巧】Mozza光譜儀的使用方法

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    Mozza是一臺基于聲光調制進行波長選擇的新型光譜儀。其內部的分光元件不是傳統光譜儀中的光柵或棱鏡結構,而是一個基于TeO2晶體聲光調制作用的帶通濾波器(Acousto-optic Tunable Filter, AOTF)。

    通過控制加載在晶體上的聲波頻率來選擇該窄帶濾波器的中心頻率。因而,通過掃描聲波頻率,可以選出入射光束的不同頻率成分,用探測器記錄其光學強度值。最后將聲波頻率重建為光頻率,從而得到完整的入射光光譜。

    由于Mozza的大測量范圍(1-5um)和高分辨率等優點,它越來越成為紅外光譜研究中的一個不可或缺的測量儀器。

    這里以測量3.9um,1kHz的紅外光為例,對Mozza的使用方法做個總結介紹。希望可以為未使用過Mozza的新用戶和沒有更新軟件的老用戶提供參考。

    Step1: 安裝軟件

    安裝最新版本setup-mozza-360-r241.exe,按照說明書及軟件安裝向導安裝,這里就不詳細介紹了。


    Step2:連接線路

    Mozza的線路很簡單,一共只有3根。即電源線,接地線,外觸發線。但是,有一點必須要注意。

    若用外觸發模式,重復頻率frep需≤640kHz,Mozza只識別電平為5V TTL的觸發信號,故應把觸發電平轉為5V。筆者嘗試過Master Clock輸出的~4.3V電平也可以觸發Mozza;


    Step3:準備光路

    1.Mozza內部分光元件是聲光晶體,該晶體只對S偏振敏感。所以必須將待測光轉為S偏振。

    2.調節入射光沿臺面某條直線,且水平。高度為Mozza入光口高度;

    3.用反射鏡將弱能量的光導入到Mozza的入射狹縫中。


    Step4:打開儀器和軟件

    1.打開Mozza背部面板電源開關,會發現該面板上有3個燈。其中最右邊是紅燈且閃爍,這表示MCT光電二極管正在降溫,30秒~1分鐘后降溫結束,紅燈消失。請耐心等待;

    2.打開軟件,檢查軟件狀態,如圖1:

    圖9.jpg

    圖1. Mozza運行狀態


    若Step2中外觸發信號不符合規定,則軟件無法識別外觸發信號,面板會出現黃色警告“NO EXTERNAL TRIGGER”。若無警告閃爍,且狀態欄顯示目前的外觸發信號,如圖為1000 Hz,則外觸發信號正常。

    3.采集光譜

    A)放光,點擊軟件上【start】按鈕。則在軟件界面右側出現Raw reference,如圖2. 該信號即為上節“Mozza光譜儀基本原理”中入射光經分束片反射直接被MCT采集到的信號。該信號反映了入射光的強度。微調Mozza的方位或入射光的方向,使該Raw reference信號最大,此時說明待測光正確沿設計光路進入Mozza。若出現警告“RAW REFERENCE SATURATION”,則用衰減片減弱入射光的強度。調整好光的入射方向后,【stop】。

    圖10.jpg

    圖2. 正常工作模式

    B)外觸發設置

    【高級設置欄】,選取外觸發模式【EXTERNAL】,如圖2。

    點擊菜單欄的【Operation】,打開【Trigger Wizard】,如圖3。

    將【Trigger Wizard】中的Wavelength選為中心波長,這里為4um;

    對KHz的光,Trigger delay可以直接由Mozza軟件讀取,即點擊【OPT】按鈕,如本例中,Trigger delay自動獲取為959us,此功能使新軟件新增的功能,極大的方便了用戶,簡潔了軟件的使用難度。

    此時,開始掃描后可以準確捕獲待測脈沖的光譜;

    但是,此時的Trigger delay設置并沒有結束,請務必嚴格按照以下步驟繼續設置。

    C)精確進行外觸發設置

    在【Trigger Wizard】的圖表中,改變左右縱軸的范圍,直到出現如圖3(a)所示的兩個曲線。藍線代表Raw reference,橙線代表Raw Signal。垂直的紅線和紅色箭頭代表取樣位置。

    精確改變Trigger delay的位置,使紅線處在藍線和橙線的最大值處。如圖3(a)和(b)中分別是正確的和錯誤的示范。錯誤的情形圖3(b)會使測得的光譜畸變和信噪比降低。

    注意:在外觸發模式中,【Trigger Wizard】中的【OPT】功能,只適合與高重頻模式,即1kHz≤frep≤25kHz。對于低重復頻率,可以手動選取。

    在外觸發模式中,如果重頻frep≤1kHz,必須使觸發信號提前40us于待測光脈沖;如果重頻frep≥1kHz,必須使觸發信號與待測光脈沖同時到達。

    圖11.jpg圖12.jpg

    圖3. 正確(上)和非正確(下)的外觸發延時設置


    D)適當在基本設置欄修改掃描范圍【start】/【stop】,掃描步長【step】,單位【um/cm-1/THz】,平均數【averages】,開始掃描。這樣可以獲得準確且信噪比高的光譜。如圖2.

    4.掃描結束,保存光譜。


    可能遇到的問題:

    1.若在掃描面板上無法捕捉到信號,可以按以下步驟進行:

    A)首先,檢查待測光束的偏振,Mozza必須使用S偏振;

    B)檢查待測光的位置和方向,是否平行入射到Mozza狹縫中;

    C)待測光的波長不在掃描顯示范圍內;

    D)檢查觸發信號,可能使觸發信號與待測光信號不同步,故Mozza無法抓取待測光光譜信息。

    該過程可以用以下方法確定:將Mozza運行模式改為內觸發1kHz模式或更高,掃描步長改小,掃描平均數 改大,開始掃描,若出現以下現象,如圖4,說明上述A) B) C)均沒有問題,直接用外觸發模式,去【trigger setup】處修改”trigger delay”即可。


    2.若儀器使用過程中出現黃色警告:

    A)”NO EXTERNAL TRIGGER” 無法讀取外觸發信號,可能是觸發信號電平或波形不符合要求(5V, TTL);

    B)“RAW REFERENCE SATURATION”, 入射光飽和,降低入射光強度或取消主面板上的增益選項;

    C)“UNCALIBRATED”,Mozza安裝時缺少較準文件或無法讀??;

    圖13.jpg
    圖4. 內觸發模式測試1kHz信號

    在儀器使用過程中,還會遇到各種各樣的問題,在熟悉儀器的基本原理、了解各項設置功能后,這些問題基本都可以迎刃而解。




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