基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法制造方法及图纸

技术编号:21198790 阅读:13 留言:0更新日期:2019-05-25 00:57
本发明专利技术涉及一种基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法,属于超快成像领域。该装置包括超短脉冲激光器、多频脉冲产生器、脉冲分频器、CCD相机。本发明专利技术的方法是利用超短脉冲激光器产生激光脉冲,利用多频脉冲产生器产生超连续谱,不同频率之间有一定时间延迟,通过样本以后利用脉冲分频器将各个频率的激光脉冲在空间上进行分离,再使用CCD相机进行探测,从而获得样本的超快连续电子动态图像信息。本发明专利技术可使时间分辨率达到飞秒量级;实现连续拍摄,对不具备重复实验条件的过程进行完整拍摄;拍摄周期以及拍摄数量可控调节,而且总的拍摄帧数比现有超快成像系统大大提高,可达到百帧以上。

Multifrequency Pulse Ultrafast Laser Continuous Imaging Device and Method Based on Supercontinuous Spectrum

The invention relates to a multi-frequency pulse ultra-fast laser continuous imaging device and method based on supercontinuum spectrum, belonging to the field of ultra-fast imaging. The device includes an ultra-short pulse laser, a multi-frequency pulse generator, a pulse frequency divider and a CCD camera. The method of the invention is to use ultrashort pulse laser to generate laser pulse and multi-frequency pulse generator to generate supercontinuum spectrum. There is a certain time delay between different frequencies. The laser pulses of different frequencies are separated in space by pulse frequency divider after sample, and then detected by CCD camera, so as to obtain ultrafast continuous electronic dynamic image information of sample. The invention can make the time resolution reach femtosecond magnitude, realize continuous shooting, complete shooting of the process without repetitive experimental conditions, adjust the shooting period and shooting quantity controllably, and greatly increase the total number of shooting frames compared with the existing ultra-fast imaging system, which can reach more than 100 frames.

【技术实现步骤摘要】
基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法
本专利技术涉及一种基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法,属于超快成像领域。
技术介绍
在不同科学研究和工艺技术研发中,经常需要对某一过程进行时间间隔极小的连续拍照。例如,超快激光制造过程中的材料对光子能量的吸收转移、电子激发等过程直接影响和决定了后续加工过程,包括制造结果的质量和精度,因此对该过程的观察至关重要。然而,该过程持续时间短,变化快,约为飞秒量级(10-15s)。该时间尺度的超快连续成像观测对科学、生产均具有重要意义。传统的连续成像设备,无法实现飞秒量级的成像。传统的机械方法或电子设备已经无法满足该过程的需求。电子相机的时间分辨能力取决于控制电路的响应速度,目前处于纳秒(10-9s)水平,而且很难再继续提高。使用分幅相机的方法成像,可进一步提高时间分辨率,但时间分辨能力仍然有限,仍未突破皮秒(10-12s)水平,而且成像帧数有限。传统的飞秒量级成像技术,无法实现连续拍摄。泵浦探测技术是一种具有飞秒量级时间分辨力的探测技术,在实验中,为了完整记录探测对象的整个变化过程,需要通过多次重复实验,每次选取一个不同的时刻进行拍摄,最后按照时间顺序将多次重复拍摄的照片拼凑在一起,从而还原探测对象的动态连续变化过程。由于每次实验不可能做到完全重复,所以这种方法存在误差,而且对于不具备重复实验条件的过程,无法进行连续观测。基于频域时空变换的超快连续成像技术可以在一定程度上实现连续拍摄,在实验中,采用时域频率整形器先将飞秒脉冲分成5-6个子脉冲序列,再用空域频率整形器将子脉冲在空间上分离,但其拍摄帧数有限,只有5-6幅,而且实验系统较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有成像检测手段时间分辨率低、无法对间隔飞秒到皮秒量级的过程进行多帧连续成像、难以满足科研和生产需要的问题,提出一种基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法,该方法能够达到飞秒量级时间分辨率且可以进行多帧数连续成像。本专利技术是通过下述技术方案实现的。基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法,超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过多频脉冲产生器后,变为同束覆盖多个不同频率的超连续谱脉冲,并通过色散延时器控制不同频率成分的时间间隔;光束通过观测对象后,通过脉冲分频器将超连续谱脉冲的不同频率成分从空间上分离出来,形成若干脉冲子光束,各个频率的脉冲子光束同时被收集,经过计算机处理后得到成像。所述多频脉冲产生器,包括:超连续谱产生器和色散延时器;超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过超连续谱产生器扩展入射脉冲频率范围,产生超连续谱,相当于将入射超快激光脉冲分为多个频率不同的脉冲,并组成脉冲序列,不同频率脉冲之间的时间间隔通过色散延时器控制;所述超连续谱产生器为非线性晶体或光子晶体光纤;所述色散延时器为色散玻璃或光纤;工作过程:(光路走向)超快脉冲激光器产生超快激光脉冲,经过超连续谱产生器产生不同频率的多频超连续谱脉冲,再通过色散延时器控制超连续谱不同频率成分的时间间隔,再通过被测样本,通过被测样本的多频脉冲再通过脉冲分频器中的若干个分波片分离成多束光束,不同频率的光束被CCD相机采集,得到一系列图像,再进行去除背景处理最终得到清晰的图像。多频脉冲超快激光连续成像装置,包括:超快激光器、多频脉冲产生器、脉冲分频器、CCD相机、超连续谱产生器、色散延时器和若干分波片。脉冲分频器包括棱镜或光栅;基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像方法,实现步骤如下:1)超快激光器产生超短激光脉冲;2)多频脉冲产生器通过原激光脉冲产生具有不同频率的多频超连续谱脉冲,不同频率之间具有可控的时间间隔;3)具有一定时间延迟间隔的多频脉冲通过被测物体,多个频率依次通过,由于不同频率之间存在一定时间间隔,从而可采集被测物体不同时刻的信息;4)使用脉冲分频器将多频脉冲中的不同频率成分分离成多束光束,即可将被测物体不同时刻的信息分离提取;5)使用CCD相机收集步骤4中分离出来的不同频率的光束,即可获得一系列不同时刻的图像,从而实现超快连续成像;6)对图像进行去除背景的处理,需要采集背景光;对步骤5)的图像进行去除背景处理,得到最终清晰的图像。有益效果1.由于超连续谱脉冲不同频率之间的时间间隔可通过色散延时器精确控制到飞秒量级,因此能突破时间分辨能力的瓶颈,使得连续成像的时间分辨能力提高到飞秒量级;2.超连续谱覆盖多个频率范围,通过分频能够实现连续拍摄,可以对不具备重复实验条件的过程进行完整拍摄;3.使用分波片代替复杂的空间分光系统,易于实现,可按照频率控制延迟时间,从而更灵活控制拍摄周期和时间分辨率;4.使用多频超连续谱脉冲代替脉冲序列,通过控制分频间隔,可使连续拍摄帧数达到百帧以上,突破拍摄帧数的限制,同时可简化成像系统,易于实现。附图说明图1是本专利技术专利的一个实施例的结构示意图;图2是本专利技术一个实施例的多频超连续谱脉冲产生器示意图;图3是本专利技术一个实施例的多频脉冲分频器示意图。图中,1-超快激光器、2-多频脉冲产生器、3-观测对象、4-脉冲分频器、5-CCD相机、6-超连续谱产生器、7-色散延时器、8-第一分波片、9-第二分波片、10-第三分波片、11-第四分波片、12-第五分波片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法,如图1所示,超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过多频脉冲产生器后,变为同束覆盖多个不同频率的超连续谱脉冲,并通过色散延时器控制不同频率的时间间隔;光束通过观测对象后,通过脉冲分离器将超连续谱脉冲的不同频率成分从空间上分离出来,形成若干脉冲子光束,各个频率的脉冲子光束同时被收集,经过计算机处理后得到光谱图。基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置,包括超快脉冲激光器1、多频脉冲产生器2、观测对象3、脉冲分频器4、CCD相机5。所述多频脉冲产生器2包括超连续谱产生器6和色散延时器7,如图2所示。所述脉冲分频器4包括:第一分波片8、第二分波片9、第三分波片10、第四分波片11和第五分波片12;如图3所示。超快脉冲激光器1产生超快激光脉冲经过多频脉冲产生器2,多频脉冲产生器2中的超连续谱产生器6通过非线性效应将原激光脉冲的频率覆盖范围大大扩展,并通过色散延时器7控制不同波长之间的延时,例如利用石英薄片可以实现飞秒量级的延时,利用光栅可以实现皮秒量级的延时,利用不同长度的光纤可以实现纳秒量级的延时,实际的成像帧数可以通过扩展多频脉冲的波长覆盖范围或减少波长间隔而进一步增加,色散延时器7还可以控制不同频率的激光脉冲按照频率依次增加或依次减少的顺序传播;经过频率扩展后的多频脉冲通过样本3,被测样本3具有变化的电子动态,不同的电子密度对光的吸收程度不同。多个频率依次通过,由于不同频率之间具有一定的时间间隔,从而可采集被测物体不同时刻的信息;然后通过被测物体的多频脉冲经过脉冲分频器4分频成多个不同频率的光束,以5个频率为代表,通过分波片8将第一个频率分离出来,通过分波片9将第二个频率分离出来,通过分波片10将第三个频率分离出来,通过分波片11将第四个频率分离出来,通过本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像方法,其特征在于:超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过多频脉冲产生器后,变为同束覆盖多个不同频率的超连续谱脉冲,并通过色散延时器控制不同频率成分的时间间隔;光束通过观测对象后,通过脉冲分离器将超连续谱脉冲的不同频率成分从空间上分离出来,形成若干脉冲子光束,各个频率的脉冲子光束同时被收集,经过计算机处理后得到成像。

【技术特征摘要】
1.基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像方法,其特征在于:超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过多频脉冲产生器后,变为同束覆盖多个不同频率的超连续谱脉冲,并通过色散延时器控制不同频率成分的时间间隔;光束通过观测对象后,通过脉冲分离器将超连续谱脉冲的不同频率成分从空间上分离出来,形成若干脉冲子光束,各个频率的脉冲子光束同时被收集,经过计算机处理后得到成像。2.如权利要求1所述的基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像方法,其特征在于:所述多频脉冲产生器包括:超连续谱产生器和色散延时器;超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过超连续谱产生器扩展入射脉冲频率范围,产生超连续谱,相当于将入射超快激光脉冲分为多个频率不同的脉冲,并组成脉冲序列,不同频率脉冲之间的时间间隔通过色散延时器控制。3.如权利要求2所述的基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像方法,其特征在于:所述超连续谱产生器为非线性晶体或光子晶体光纤。4.如权利要求2所述的基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法,其特征在于:所述色散延时器为色散玻璃或光纤。5.基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置,其特征在于:包括:超快激光器、多频脉冲产生器、脉冲分频器、CCD相机、超连续谱产...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜澜郭宝山孙靖雅华艳红
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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