如何选择光学延迟线

光学延迟线通过扫描改变两束光之间的光程差，在时间分辨超快光谱学或分子动力学实验中*。典型的光学延迟线搭建方法，是将中空回射镜（Retro-reflector）或两面反射镜置于直线位移台上，如下图所示。

位移台及其驱动器的选择会对实验结果产生至关重要的影响。下文将逐一介绍相关的核心参数，包括时间延迟窗口长度、小运动步进、重复定位精度、偏移量、绝dui精度和机械误差等。

时间延迟窗口长度

这是选择直线位移台首先要考虑的参数。延迟窗口长度T指光束经过中空回射系统并返回所经历的时间，与位移台的行程L直接相关。对于采用单回路的时间延迟线设计，

T = 2*L/c

其中c是真空中的光速。

延迟步进分辨率

其次要考虑的是延迟步进分辨率（Δτ），它取决于位移台的小运动增量（MIM）

Δτ = 2*MIM/c

重复定位精度

与小运动步进同样重要的是位移台的重复定位精度，亦即系统多次重复到达同一位置时的偏差（上图红色曲线）。典型的时间分辨实验中，直线位移台需要扫描特定的距离（由分析样品所需的时间延迟计算得出），以记录信号随时间延迟的变化。重复扫描并取平均值可以提升信号质量并降低信躁比，因此需要位移台有较高的重复定位精度。

偏移量

平整度和直线度表征了理想直线运动的偏移量，分别垂直于水平和竖直平面上的运动。俯仰（Pitch）和偏摆（Yaw）指围绕运动方向正交轴（y，z）的转动，而翻滚（Roll）是围绕运动方向轴的转动，如下图所示。

在泵浦——探测（Pump-Probe）时间分辨实验中，泵浦和探测光束在目标样品处实现空间重合，而它们的相对时间延迟则通过位移台的扫描来实现。位移台的偏移，尤其是角方向上的偏移，会影响扫描过程中的空间重合度。两束光重合的位置距离延迟线越远，位移台的俯仰和偏摆造成的空间偏移量便越大。

绝dui精度

指令位置与实际到达位置的匹配度，即是位移台的绝dui精度。如果绝dui精度较低，可能会引起测试结果的畸变，导致一些假的动力学特征。位移台的驱动方式（螺杆、滚珠、传动带或直线电机）和反馈决定其绝dui精度。丝杠和滚珠驱动的位移台可以提供良好的小运动增量。但大部分情况下，它们都采用开环控制设计，没有位置反馈，所以绝dui精度较低。直线电机驱动的系统不同于螺杆驱动，不存在齿隙的问题。此外，直线电机受热膨胀的影响较小，所以绝dui精度较高。

反馈装置相对于电机的距离也会直接影响到运动控制系统的绝dui精度。

机械误差

 对于线性或单调递增的误差，如余弦误差、螺杆俯仰误差、测量点的角度偏差（阿贝误差）以及热膨胀效应。它们可以通过线性误差补偿来弥补，如上图所示，通过线性补偿进行纠正。

补偿后精度=补偿前精度- (斜率x位移)

非线性误差则需借助激光干涉仪来进行误差补偿。根据精度需求选择不同数量的点，每移动到一个点记录该位置的误差，再通过控制器计算，以进行误差补偿。带有线性编码器的位移台在经过补偿后，终精度可达到数百纳米。

上文列举了选择延迟线需要考虑的主要因素。Newport生产搭建延迟线所需要的多种位移台、控制器和回射装置，欢迎您的咨询。

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