一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法技术

本发明专利技术公开了一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，具体为提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理。在观测同一微纳瞬变现象时，既能够连续地捕捉到微纳环境下快速动态特性，又能够在实验的重要时刻获得数帧时间分辨能力达到飞秒量级的成像。

A continuous / burst dual mode ultrafast imaging method for real-time observation of micro nano transient phenomena

Continuous / burst mode ultrafast imaging the invention discloses a method for real-time observation of micro nano transients, specifically provides a light path conversion module, change the direction of the laser beam, with a femtosecond pulse laser output by femtosecond laser optical path conversion module into continuous imaging or burst imaging imaging processing. When observing the same micro and nano transient phenomena, it can not only capture the fast and dynamic characteristics of micro and nano environment continuously, but also get the time resolution ability of several frames to achieve femtosecond imaging at an important time.

【技术实现步骤摘要】
一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法
本专利技术涉及一种超快成像技术，尤其涉及一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法。
技术介绍
传统的CCD(电荷藕合器件图像传感器)和CMOS(互补性氧化金属半导体)成像是应用最广泛的成像技术。CCD和CMOS无法清晰灵敏的捕捉到超快过程的动态发生，尤其对微纳尺度的观测对象进行成像。即使动态现象很慢，微纳尺度下也需要很高的时间分辨率。光学成像普遍存在的问题是：帧率越高，每帧所收集的光子越少。为了得到更高的时间分辨率，普遍使用的方法是降低空间分辨率和采用大功率光源，但是这并不是理想的解决方案，不仅会产生光噪声，而且在进行微纳尺度成像时，光线集中在非常小的区域，可能会损伤被观测物体。在需要观测瞬变现象的场合中，如研究光化学，声子学，等离子物理以及活细胞蛋白质等快速动态特性时，其观测不仅需要达到纳秒(10-9s)量级的连续成像，还需要数帧时间分辨能力为飞秒(10-15s)量级的突发成像，以便对其研究过程中的关键时刻进行超短时间间隔的连续拍照。然而，目前的连续成像技术，只能达到纳秒的水平，而如果实验观测在某一时刻需要达到飞秒量级的成像，则采用泵浦探测技术和超快突发成像技术。在需要观测瞬变现象的场合中，为了能观测到物质的快速动态特性，即需要超快连续成像，又需要超快突发成像。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对实时观测微纳瞬变现象，提供一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，能够连续地捕捉到微纳环境下快速动态特性，且在实验的重要时刻能够获得数帧时间分辨能力达到飞秒量级的成像。为了实现上述目的，本专利技术所涉及的用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，其特殊之处在于：提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理。进一步地，所述光路转换模块包括多个翻转镜。更进一步地，所述光路转换模块包括第一翻转镜、第二翻转镜和反光镜，所述光路转换模块与连续成像的超快连续成像脉冲空间色散模块和突发成像的超快突发成像脉冲时域整形模块共同形成集成一体的双模脉冲整形模块，其中：第一翻转镜用于改变飞秒激光路径，从而进入超快连续成像脉冲空间色散模块或者超快突发成像脉冲时域整形模块；所述反光镜用于改变超快连续成像脉冲空间色散模块的输出激光，使其作用于第二翻转镜上；所述第二翻转镜用于将反光镜转换的激光或者超快突发成像脉冲时域整形模块输出激光的路径改变到连续成像或者突发成像的后续操作。再进一步地，所述双模脉冲整形模块输出端还设置有第三翻转镜，所述第三翻转镜将双模脉冲整形模块输出激光改变到连续成像或者突发成像的后续操作。本专利技术的优点在于：1、本成像方法所用皆是常用光学仪器，便于实现。2、在观测同一微纳瞬变现象时，既能够连续地捕捉到微纳环境下快速动态特性，又能够在实验的重要时刻获得数帧时间分辨能力达到飞秒量级的成像。充分利用超快飞秒脉冲的时频特性，实现了可以灵活切换成像方式的双模成像，可以根据应用需求对超快过程进行全程连续检测或者特定时间点的重点检测，并且能实时切换检测方式。将多种单独的检测方式有机的结合起来，为精细加工过程检测提供了全新的一站式解决方案。附图说明图1为本专利技术专利的一个实施例的结构示意图；图2为结构示意图中脉冲整形模块的示意图；图3为超快连续成像脉冲空间色散模块的示意图；图4为超快突发成像脉冲时域整形模块的示意图；图5为结构示意图中频-时转换与光学放大模块；图6为连续/突发双模超快成像的原理图。图中：101：超快脉冲激光器；102：超快连续成像脉冲反空间色散模块；103：光路准直器；104：双模脉冲整形模块；105：第三翻转镜；106：光路准直器；107：凸透镜；108：观测对象；109：频-时转换与光学放大模块；110：单像素光电二极管；111：反光镜；112：散射光栅；113：准直光栅；114：空域整形后的脉冲；115：图像处理系统。201：飞秒脉冲；202：第一翻转镜；203：超快连续成像脉冲空间色散模块；204：超快突发成像脉冲时域整形模块；205：反光镜；206：第二翻转镜。301：准直器；302：凸透镜；303：凸透镜；304：柱面镜；305：虚像相位阵列；306：衍射光栅。401：脉冲展宽器；402：展宽后的激光脉冲；403：宽波带反射镜；404：光栅；405：透镜；406：空间光调制器；407：透镜；408：光栅；409：宽波带反射镜；410：时域整形后的多个子脉冲。501：掺铒光纤放大器；502：拉曼泵浦；503：波分复用器；504：色散补偿光纤；505：波分复用器；506：拉曼泵浦。具体实施方式下面结合附图和具体实施对本专利技术作进一步的详细描述：本专利技术所设计的用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，具体为：提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理。其中，所述光路转换模块包括多个翻转镜。本实施例中光路转换模块包括第一翻转镜、第二翻转镜和反光镜，光路转换模块与连续成像的超快连续成像脉冲空间色散模块和突发成像的超快突发成像脉冲时域整形模块共同形成集成一体的双模脉冲整形模块，其中：第一翻转镜用于改变飞秒激光路径，从而进入超快连续成像脉冲空间色散模块或者超快突发成像脉冲时域整形模块；所述反光镜用于改变超快连续成像脉冲空间色散模块的输出激光，使其作用于第二翻转镜上；所述第二翻转镜用于将反光镜转换的激光或者超快突发成像脉冲时域整形模块输出激光的路径改变到连续成像或者突发成像的后续操作。为方便后续操作的布置，双模脉冲整形模块输出端还设置有第三翻转镜，所述第三翻转镜将双模脉冲整形模块输出激光改变到连续成像或者突发成像的后续操作。本专利技术的具体实现过程如下：如附图所示，本双模成像方法包括光路a和光路b，光路a和光路b分别代表连续成像STEAM和突发成像STAMP，二者通过第一翻转镜202、第二翻转镜206进行切换。具体为：当第一翻转镜202、第二翻转镜206转到水平位置时，为光路a；当第一翻转镜202、第二翻转镜206转到45度时，为光路b。其光路a走向为：首先，超快脉冲激光器101用于输出飞秒激光；然后，经过准直器103进入双模脉冲整形模块104中超快连续成像脉冲空间色散模块203，由准直器301到超短脉冲通过透镜组(302，303)调整光斑大小，进入由柱透镜304、虚像相位阵列305和衍射光栅306组成的色散单元，脉冲在空间上依频展开，形成彩虹光斑；然后，经过第三翻转镜105和准直器106透镜107，彩虹光斑汇聚到样品108上；然后，经过漫反射，编码后的脉冲超快连续成像脉冲反空间色散模块102，彩虹光斑被还原成短脉冲，进入频-时转换与光学放大模块109，将频域的信息转换到时域上，由于观测对象漫反射的光信号十分微弱且频谱较宽，在频-时转换之前进行带通滤波，并经过掺铒光纤放大器501和分布式拉曼放大，具体为拉曼泵浦502，506，波分复用器503，色散补偿光纤504，波分复用器505实现；最后，光束的时域信息通过光电二极管110光电转换和图像处理系统115，获取纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，其特征在于：提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理。

【技术特征摘要】
1.一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，其特征在于：提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理。2.根据权利要求1所述的用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，其特征在于：所述光路转换模块包括多个翻转镜。3.根据权利要求2所述的用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法，其特征在于：所述光路转换模块包括第一翻转镜、第二翻转镜和反光镜，所述光路转换模块与连续成像的超快连续成像脉冲空间色散模块和突发成像的超快突发成像脉冲时域整形模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷诚，刘胜，孙启盟，张国庆，李辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42