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综合超快光谱系统
- 高重复频率下性能优异
- 测量范围从紫外到中红外
- 优异的灵敏度
- 时间分辨和多脉冲实验模块
- 高度自动化，占地面积小
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HARPIA 综合光谱系统在紧凑的空间内可以完成多种复杂的时间分辨光谱的测量。它提供直观的用户体验和方便的日常维护，满足当今科学应用的需求。
HARPIA-TA 是一个瞬态吸收光谱系统。可根据特定测量需求选配定制选项和扩展模块来定制 HARPIA 系统。尤其是它可以使用时间相关单光子计数和荧光上转换 (HARPIA-TF)、第三束传输 (HARPIA-TB) 和显微镜 (HARPIA-MM) 模块进行扩展。HARPIA 的设计使其在测量模式之间轻松切换，并配有专用数据采集和分析软件。每个模块都包含在一个整体腔体内，确保其优异的光学稳定性和较小的光程长度。
HARPIA-TG 是一种新型瞬态光栅光谱系统，专门用于测量扩散系数和载流子寿命。全自动计算机控制的系统可以在几分钟内完成测量。
对于一站式解决方案，HARPIA 光谱系统可以与 PHAROS 或 CARBIDE 激光器以及 ORPHEUS 或 I-OPA 系列 OPA 相结合。
应用
• 瞬态吸收和反射在块体和显微镜中的应用
• 多脉冲瞬态吸收和反射
• 飞秒荧光上转换
• 飞秒受激拉曼散射（FSRS）
• 荧光寿命时间相关单光子计数（TCSPC）
• 强度相关的瞬态吸收和反射
• 闪光光解-纳秒级瞬态吸收
超快光谱探索过程
• 电荷转移（电子、质子）
• 溶剂
• 振动松弛
• 激子能量转移
• 光反应动力学
瞬态吸收，泵浦-探测（HARPIA-TA）
| 配置 | UV-VIS | UV-VIS-NIR | MIR |
| 探测光谱范围 | 350 – 1100 nm 1) | 350 – 1600 nm 1) | 2000 – 13000 nm 2) |
| 泵浦范围 | 240 – 2200 nm 2) | 450 – 2200 nm 3) | |
| 延迟范围（分辨率） | 8 ns (8.3 fs) | 4 ns (4.2 fs) | |
| 时间分辨率 | ≤ 激光脉宽或更窄 | ||
| 激光重复频率 | 1 – 100 kHz | ||
| 最大数据采速率 | 3850 Hz | ||
| 模式 | 反射和透射 | ||
1）使用镱基激光系统的泵浦-探测测量可能在515 nm和1030 nm处出现盲区，这两个波长分别对应激光的二次谐波和基频波长，强烈的泵浦散射会干扰精确检测。
2）该范围由光学参量放大器（OPA）的输出光谱决定。
3）波长范围可配置为240–700 nm。更多详情请联系sales@light-quantum.cn。
闪光光解-纳秒瞬态吸收（HARPIA-TA-FP）
| 型号 | HARPIA-TA-FP | HARPIA-TA-FP-UV | ||
| HARPIA-TA 配置 | UV-VIS | UV-VIS-NIR | UV-VIS | UV-VIS-NIR |
| 探测光谱范围 1) | 450 – 1100 nm | 450 – 1600 nm | 350 – 1100 nm | 350 – 1600 nm |
| 泵浦范围 | 240 – 2200 nm 2) | |||
| 延迟范围 | up to 485 μs 3) | |||
| 时间分辨率 | 2 ns | 1 ns | ||
| 探测激光重复频率 | 1850 Hz | |||
| 最大数据采集速率 | 3850 Hz | |||
| 模式 | 反射与透射 | |||
1）采用纳秒激光系统的泵浦-探测测量可能在1064 nm处出现盲区，该波长对应激光的基频波长。
测量范围由光学参量放大器(OPA)的输出光谱决定。
2）选用HARPIA-TA-FP配置可延长延迟范围（最长8ms）。更多详情请联系sales@light-quantum.cn。
克尔门、荧光上转换和TCSPC（HARPIA-TF）
| 测量模式 | 克尔门 | 荧光上转换 | TCSPC |
| 探测光谱范围 | 380 – 1000 nm | 330 – 820 nm 1) 2) | 220 – 820 nm 3) |
| 泵浦范围 | 240 – 2200 nm 4) | ||
| 时间分辨率 | ≥ 1 ps | ≤ 1.4 倍激光脉冲宽度 | < 180 ps or < 50 ps |
| 延迟范围（分辨率） | 8 ns (8.3 fs) | 5 μs 5) | |
| 可兼容 | TCSPC | 克尔门或荧光上转换 | |
| 探测器 | CCD | PMT | |
| 模式 | 透射 | 反射和透射 | |
1）荧光检测范围可扩展至1600 nm。更多详情请联系sales@light-quantum.cn。
2）由于谐波重叠，荧光检测可能在343 nm、515 nm和1030 nm处出现盲区。
3）通过加装近红外探测器，光谱范围可扩展至1000-1700 nm。更多详情请联系sales@light-quantum.cn。
4）该范围由光学参量放大器(OPA)的输出光谱决定。
5）采用基于FIFO的采集方式，时间窗口可延长至约1秒，用于监测更长时标的过程。
FSRS，多脉冲时间分辨瞬态吸收和反射（HARPIA-TB）
| 测量模式 | 多脉冲实验泵浦 | FSRS1) |
| 探测光谱范围 | 取决于 HARPIA-TA 配置 | 350 – 1100 nm 2) |
| 拉曼光谱范围 | n/a | 700 – 2000 cm‑1 |
| 适用波长范围 | 450 – 2200 nm 3) | |
| 延迟范围（分辨率） | 4 ns (4.2 fs) | |
| 模式 | 透射 | |
1）该结果采用特定系统配置获得：PHAROS飞秒激光器、ORPHEUS-HE光学参量放大器（OPA）以及SHBC与ORPHEUS-PS OPA的组合系统。测量使用10 kHz重复频率，540 nm光化学泵浦和450 nm拉曼泵浦，β-胡萝卜素作为样品。更多详情请联系sales@light-quantum.cn。
2）系统可能在515 nm和1030 nm处出现盲区，这两个波长分别对应激光器的二次谐波和基频波长，此处强烈的泵浦散射可能干扰精确检测。
3）波长范围可配置为240-700 nm。更多详情请联系sales@light-quantum.cn。
瞬态吸收和反射显微镜（HARPIA-MM）
| 型号 | HARPIA-MM | |
|---|---|---|
| 空间分辨率 1) | 单色 | 多色 |
| < 2 µm | < 10 µm | |
| 全光谱范围 | 460 – 1100 nm | |
| 泵浦范围 | 240 – 700 nm | |
| 时间分辨率 | 500 fs | |
| 工作距离 2) | 13 mm | |
| 样品移动范围 | 13 × 13 × 13 mm | |
1）白光产生在聚焦时会有轴向颜色和波长相关的模场大小和数值孔径。聚焦的白光将因所选的光谱范围而表现出聚焦移位和斑点大小变化。多色斑点大小在完整光谱范围内给出，单色斑点大小在 500 nm 处具有 10 nm 带宽。
2）取决于使用的物镜。
外形尺寸
| 型号 | 外形尺寸(L × W × H) 1) |
|---|---|
| HARPIA-TA | 730 × 420 × 183 mm |
| HARPIA-TA 样品室区域 (L × W) 2) | 205 × 216 mm |
| HARPIA-TF | 571 × 275 × 183 mm |
| HARPIA-TB | 670 × 252 × 183 mm |
1）无外置光谱仪。
2）可提供外部样品放置选项。
超快瞬态吸收光谱仪(HARPIA-TA)
HARPIA-TA超快瞬态吸收光谱仪在HARPIA系统中提供泵浦探测测量功能。提供多种探测光配置和检测选项：从用于单波长检测的光电二极管到结合光谱分辨宽带检测的白光超连续探测。HARPIA-TA具有广泛的选项，提供泵浦光束位置跟踪和对准、泵浦偏振控制、超连续发生器切换、样品定位以及在瞬态吸收和瞬态反射测量之间切换。宽带探头选项涵盖从紫外到中红外。探头延迟线可配置至8 ns。
HARPIA-TA 与低温恒温器、蠕动泵和其他配件兼容。光谱仪的功能可以使用扩展模块进一步扩展。
HARPIA-TA超快瞬态吸收光谱仪
用于泵浦-探测实验的 HARPIA 光学布局
定制的低温恒温器安装
闪光光解–纳秒级瞬态吸收模块(HARPIA-TA-FP)
闪光光解实验旨在测量分子系统的长寿命状态。闪光光解的原理类似于飞秒瞬态吸收（TA）实验，但延迟在纳秒-毫秒范围内。
时间分辨荧光模块(HARPIA-TF)
时间分辨荧光光谱携带激发态分子过程的信息。HARPIA-TF结合了不同的测量模式，从而可以在不同的时间尺度上观察荧光动力学。使用高重复频率PHAROS或CARBIDE激光器，可以测量荧光动力学，同时以低至几纳焦耳的脉冲能量激发样品。
模式
- 克尔门
易于使用的飞秒荧光测量。更简单的校准和维护。一次测量整个光谱。 - 荧光上转换 (FU)
更好的时间分辨率，用于测量快速荧光事件。 - 时间相关单光子计数(TCSPC)
荧光寿命测量可扩展以测量磷光信号。
时间相关单光子计数(TCSPC)原理
时间分辨荧光上转换原理
克尔门光谱原理
第三光束传输扩展模块(HARPIA-TB)
当标准光谱技术不足以解析光活性系统复杂的超快动力学时，多脉冲时间分辨光谱技术能提供更深入的机理认知。HARPIA-TB模块可在泵浦-探测作用前或作用期间，引入额外的时间延迟激光脉冲（最长4纳秒）来扰动光动力学过程。
HARPIA-TB模块包含：
• 伯列克补偿器（偏振控制）
• 连续可调中性密度滤光片（自动光强调控）
• 延迟线（最大4纳秒调节范围）
测量模式
飞秒受激拉曼散射（FSRS）
通过发射频宽窄化的皮秒脉冲实现FSRS测量——这项时间分辨光谱技术虽较新但日益普及，可用于观测光激发分子体系振动结构的变化。
多脉冲时间分辨瞬态吸收
实现对光化学反应的控制及更高激发态的探测。精确时序的脉冲序列可引发光反应，并在其演化过程中特定时刻进行扰动。某些情况下，额外泵浦脉冲可对分子进行再激发，多个泵浦脉冲间的延迟时间将影响反应进程。
多脉冲实验用HARPIA-TB光路系统示意图
多脉冲瞬态吸收光谱中的能态跃迁与脉冲时序示意图
飞秒受激拉曼散射(FSRS)原理示意图
选项
低温恒温器安装
HARPIA-TA支持可安装在外部或内部的低温恒温器。
样品搅拌器
将液体样品混合以避免过度暴露并确保样品新鲜。
电动泵镜
用于自动优化泵和探头重叠。
外光束转向
锁定 OPA 波长（200 –1100 nm）的光束路径。
光束轮廓仪
用于在 HARPIA 内部测量之前/之后检查任何位置的光束形状/大小。
轮廓图
带有HARPIA-TB和HARPIA-TF模块的HARPIA系统轮廓图
HARPIA-TA超快瞬态吸收光谱仪
HARPIA-TF飞秒荧光上转换和TCSPC模块
HARPIA-TB第三光束输送模块
光学布局
用于泵浦-探测实验的 HARPIA 光学布局
用于荧光上转换测量的 HARPIA 光学布局
用于多脉冲实验的 HARPIA 光学布局
工作原理
时间相关单光子计数原理(TCSPC)
时间分辨荧光上转换原理
克尔门光谱原理
多脉冲时间分辨瞬态吸收光谱中的状态转换和脉冲时序光谱图
飞秒受激拉曼散射（FSRS）
HARPIA SERVICE APP – 系统控制和数据获取软件
适用于所有测量模式的一站式软件解决方案，特点如下：
- 用户友好的界面
- 测量预设
- 测量噪声抑制
- 诊断和数据导出
- 持续的技术支持和软件更新
- 提供 API，可接入第三方软件（LabVIEW， Python， MATLAB）进行远程实验控制
一款超快光谱分析软件，特点如下：
- 数据编辑： 切片、合并、裁剪、平滑、拟合等
- 先进的全局和目标分析
- 探测光光谱啁啾修正、校准和反褶积
- 支持 3D 数据集（2D 电子光谱，荧光寿命成像）
- 图形自动排版和数据导出功能
HARPIA 软件主界面
CarpetView 软件主界面
CarpetView 的整体分析窗口
CarpetView 的对象分析窗口
HARPIA在高重复频率下的表现
HARPIA光谱系统在高重复频率和低能量激发条件下实现了优异的信噪比。下图比较了在相同采集时间内，在 1kHz 下工作的钛蓝宝石激光器和在 64 kHz 下工作的 PHAROS 激光器获得的差异吸收光谱的信噪比（SNR）。
使用低重复频率和高重复频率激光器测量的 CdSe/ZnS 量子点的差异吸收光谱，采集时间为 5 秒。
尽力而为的信噪比，由 1 kHz（洋红色）的 Ti：Sapphire 激光器和 64 kHz（蓝色）的 PHAROS 激光器驱动的 HARPIA-TA 光谱仪实现。
泵浦-探测测量样本(HARPIA-TA)
用 HARPIA-TA 获得的溶液中β-胡萝卜素的光谱动力学
测量条件：脉冲重复率 100 kHz, 泵浦波长 490 nm, 泵浦能量 < 10 nJ, 采集时间 13 s 每频谱 (每个延迟点)。
使用信号光与参考光单通道探测器，获得的 GaAs 晶圆红外泵浦探测的动态
测量条件：重复频率 75 kHz, 泵浦光波长 700 nm, 采集间隔时间 每点 1 s。
克尔门、荧光上转换和 TCSPC 测量样本(HARPIA-TF)
DCM中的克尔门测量说明了该方法以亚皮秒时间分辨率探测荧光演变的能力。在这里，我们看到了荧光红移在光谱演变的早期是如何移动的。
β-胡萝卜素属中的克尔门测量显示了测量的分辨率。类胡萝卜素的S2→S0荧光是超快的（<100 fs），因此测量数据或多或少受IRF限制。
HARPIA-TF 荧光上转换模式下 DCM 激光染料在溶液中的荧光动态
测量条件：脉冲重复频率 100 kHz, 泵浦波长 430 nm。
使用 HARPIA-TF 在 TCPSC 模式下获取的溶液中 DCM 激光染料的荧光动态
测量条件：脉冲重复频率 100 kHz, 泵浦波长 430 nm。
FSRS和P-D-P测试样本(HARPIA-TB)
使用 HARPIA-TA 与 HARPIA-TB 模块对新黄素进行 FSRS 动态分析
测量条件: 脉冲重频 25 kHz，辉光泵浦光波长 440 nm，泵浦光能量 200 nJ ；Raman 泵浦光波长 530 nm，泵浦光能量 300 nJ。
Pump-dump- probe（PDP）模式下，pump 光与 DCM 发射带共振的 DCM 激光染料动态
测量条件：脉冲重频 50 kHz, Pump 波长 515 nm, Dump 波长 700 nm, Dump 延迟 21 ps, Pump 能量 90 nJ, Dump 能量 190 nJ。
空间分辨泵浦-探测测量样本(HARPIA-MM)
400 nm 泵浦时钙钛矿单晶的泵浦探测光谱动态。小圆圈标记的泵浦-探测点
测量条件：脉冲重复率 200 kHz, 泵浦光波长 400 nm, 泵浦光能量 2 nJ, 采集时间 每频谱 0.5 s, 物镜 Plan Fluor 4x/0.13。