一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置制造方法及图纸

一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，构成包括：扩束系统、脉冲赝热光产生系统、脉冲啁啾展宽系统、待测事件发生装置、散射介质、成像透镜、CCD相机和计算机。本发明专利技术事先通过散射介质对不同波长赝热光波进行标定，而后通过啁啾赝热脉冲光源对超快过程成像，最后利用解码分离不同波长光信息，将不同时刻的图像提取出来，以实现单发超快成像。该装置结构简单、稳定、可移植性高，仅需单幅图像采集，图像采样率高，具有极高的时间和空间分辨率。

An ultra-fast imaging device based on femtosecond pseudothermal light scattering wavelength calibration

An ultrafast imaging device based on femtosecond pseudothermal light scattering wavelength calibration consists of a beam expanding system, a pulse pseudothermal light generation system, a pulse chirp broadening system, an event generating device to be measured, a scattering medium, an imaging lens, a CCD camera and a computer. The invention calibrates pseudothermal light wave of different wavelengths by scattering medium in advance, then imagines ultrafast process by chirped pseudothermal pulse light source, and finally separates light information of different wavelengths by decoding, and extracts images at different times to realize single ultrafast imaging. The device has the advantages of simple structure, stability and high portability. It only needs single image acquisition, high sampling rate and high temporal and spatial resolution.

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置
本专利技术涉及量子物理、半导体材料等超快过程的光学成像，包含飞秒啁啾赝热脉冲光源的产生和散射波长标定单发成像两部分，具体是一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置。
技术介绍
近几十年来，为了满足物理、化学、声学、材料等科研领域和工业应用的需求，对于超快成像技术的研究得到了快速发展。传统超快成像技术根据其模式可以分为连续模式和脉冲模式两类，连续模式超快成像技术可以对大量图像连续成像并数字化存储，脉冲模式超快成像技术主要是记录脉冲图像，可以对动态过程进行检测，相较于连续模式具有更高的帧率。目前应用较为广泛的是拍摄帧间隔可达100fs的条纹相机，但其所提供的图像信息只有一维。另一种非常有潜力的技术是基于泵浦探针的时间分解成像技术，然而该技术需要对特定物理现象进行重复触发，并控制探针的时间延迟，要求所探测的事件具有高度可重复性。时序全光映像摄影术是目前为止发展较快的一种单发超快成像技术[参见文献1：NakagawaK,IwasakiA,OishiY,etal.Sequentiallytimedall-opticalmappingphotography(STAMP)[J].NaturePhotonics,2014,Vol.8]，其通过展宽系统(玻璃棒、棱镜组、光纤等)对入射的超短脉冲源进行展宽，而后经过整形系统产生脉宽相等、频率不等的子脉冲。将这些子脉冲作为探针对超快现象进行探测，利用光学衍射系统将包含图像信息的不同波长的子脉冲进行空间分离，投射到CCD不同空间位置处，以此来对超快过程进行动态成像。然而，时序全光映像摄影术主要以空间换取时间，每幅图像仅仅占有CCD接收面的一部分，致使图像采样率降低，因而在实际测量中会对降低快速成像的空间分辨率，同时机械分束系统限制单发成像帧数只有个位数。
技术实现思路
为了克服上述分辨率降低和单发成像帧数的问题，本专利技术提供一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，该装置采用单发脉冲测量，利用随机散射介质对脉冲进行波长编码，无需整形系统产生子脉冲，且无需空间分离，图像采样率高，可获得较高的成像空间分辨率。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，其特点在于，包括：沿光路依次放置的扩束系统、脉冲赝热光产生系统、脉冲啁啾展宽系统、散射介质、成像透镜和CCD相机，以及与该CCD相机相连的计算机，在所述的脉冲啁啾展宽系统和散射介质光路之间放置待测事件发生装置。所述的脉冲赝热光产生系统是将粒径在10—100μm的强散射介质体系放入光路中，使经过扩束的fs脉冲光入射到该系统，在连续多次的散射叠加过程中，其空间相干性遭到破坏，生成后续标定系统所需要的赝热特性光。所述的脉冲啁啾展宽系统由衍射光栅、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜组成，所述的第一平面反射镜和第二平面反射镜在水平方向相互垂直，所述的第三平面反射镜和第四平面反射镜竖直方向相互垂直，经所述的衍射光栅入射的赝热光脉冲衍射到第一平面反射镜，经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射到衍射光栅，再由衍射光栅衍射到第三平面反射镜，经第三平面反射镜反射拔高到第四平面反射镜，经第四平面反射镜反射再次返回衍射光栅，使得赝热脉冲光四次经过衍射光栅，最后沿与入射方向相反的方向在垂直方向上错位出射啁啾赝热光脉冲，实现该光源的啁啾展宽。所述的散射介质是220—800砂的具有强散射特性的散射片，也可以是毛玻璃或者ZnO等强散射体，以此来对不同波长的光进行散射编码标定。所述的成像透镜和CCD相机是将经过散射介质的图像信息进行成像收集，其成像仅需单个CCD，且无需在CCD上空间分离，保证了极高的采样率，可以获得较高的成像空间分辨率。所述的计算机用于存储标定程序及标定结果，在后续超快成像过程中可自动读取CCD采集到的图像信息，并进行快速还原分离，将不同时刻的成像信息提取出来，以实现超快单发成像。所述的扩束系统由放大倍数至少10倍的光学扩束器组成。所述的待测事件发生装置主要是通过激光打靶、fs脉冲光等产生的极端物理现象。本专利技术有如下显著特点：1、本专利技术采用啁啾赝热脉冲光源，将超快事件的时间变化特性编码到波长上，可以有效地将事件进行fs量级的分离，实现多通道成像，具有极高的时间分辨率；2、本专利技术利用散射介质对不同波长光成像进行编码，代替以往对波长成像进行空间分离的方法，具有极高的CCD采样率，进一步提高空间分辨率；3、本专利技术无需加入脉冲整形系统，仅需要对波长进行编码标定，可以实现几nm波长间隔，进一步增加成像通道，其具有成像动态范围长、成像时间精度高的特点。附图说明图1是本专利技术基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置的光路示意图；图2是脉冲啁啾展宽系统的光路示意图；图3是入射到装置中的脉冲光示意图。具体实施方式下面结合实例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。图1是本专利技术基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置的光路示意图，构成包括：扩束系统1、脉冲赝热光产生系统2、脉冲啁啾展宽系统3、待测事件发生装置4、散射介质5、成像透镜6、CCD相机7和计算机8；所述的扩束系统1是由放大倍数至少10倍的光学扩束器组成，其对飞秒激光器输出的fs脉冲进行扩束，使其与脉冲赝热光产生系统2中的强散射体进行充分接触，在保持其时间相干性的基础上打乱其空间相干性，最后产生后续成像所需要的赝热光源。请参阅图2，脉冲啁啾展宽系统3由衍射光栅a、第一平面反射镜b、第二平面反射镜c、第三平面反射镜d和第四平面反射镜e组成，所述的第一平面反射镜b和第二平面反射镜c在水平方向相互垂直，所述的第三平面反射镜d和第四平面反射镜e竖直方向相互垂直，经所述的衍射光栅a入射的赝热光脉冲衍射到第一平面反射镜b，经第一平面反射镜b和第二平面反射镜c反射到衍射光栅a，再由衍射光栅a衍射到第三平面反射镜d，经第三平面反射镜d反射拔高到第四平面反射镜e，经第四平面反射镜e反射再次返回衍射光栅a，使得赝热脉冲光四次经过衍射光栅a，最后沿与入射方向相反的方向在垂直方向上错位出射啁啾赝热光脉冲，实现该光源的啁啾展宽。由脉冲啁啾展宽系统3产生的啁啾赝热光脉冲入射到待测事件发生装置4，其脉冲的不同波长对应脉冲的不同位置，脉冲的不同位置入射到超快事件发生处的时间不同，因而对应超快事件演化的不同时刻，即脉冲的不同波长成分携带了超快事件演化的不同时刻状态信息。以上成像信息入射到散射介质5发生散射现象产生散斑，而后经过成像透镜6成像到CCD相机7，通过计算机8进行解算，该部分即基于鬼成像的光谱相机系统。事先我们会利用不同波长的光对该相机系统进行标定，计算出散射介质对不同波长的光所产生的效应矩阵，最后可对宽波带中的不同波长成分进行分离，提取出不同波长所携带的不同时刻的状态信息，最终实现具有高空间分辨率、高时间分辨率的单发超快成像。请参阅图3，为了更深入的说明，下面描述入射到该装置中的脉冲在该装置中的演化过程：入射的fs脉冲经过扩束系统1进行至少10倍的扩束，然后经过脉冲赝热光产生系统2，由于之前进行了至少10倍的扩束，使得光源与其中的强散射介质体系充分接触，生成相应的赝热脉冲光具有空间非相干性，且光强有相应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，其特征在于，包括：沿光路依次放置的扩束系统(1)、脉冲赝热光产生系统(2)、脉冲啁啾展宽系统(3)、散射介质(5)、成像透镜(6)和CCD相机(7)，以及与该CCD相机(7)相连的计算机(8)，在所述的脉冲啁啾展宽系统(3)和散射介质(5)光路之间放置待测事件发生装置(4)。

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，其特征在于，包括：沿光路依次放置的扩束系统(1)、脉冲赝热光产生系统(2)、脉冲啁啾展宽系统(3)、散射介质(5)、成像透镜(6)和CCD相机(7)，以及与该CCD相机(7)相连的计算机(8)，在所述的脉冲啁啾展宽系统(3)和散射介质(5)光路之间放置待测事件发生装置(4)。2.根据权利要求1所述的基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，其特征在于，所述的脉冲赝热光产生系统(2)是将粒径在10—100μm的强散射介质体系放入光路中，使经过扩束的fs脉冲光入射到该系统，在连续多次的散射叠加过程中，其空间相干性遭到破坏，生成后续标定系统所需要的赝热特性光。3.根据权利要求1所述的基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，其特征在于，所述的脉冲啁啾展宽系统(3)由衍射光栅(a)、第一平面反射镜(b)、第二平面反射镜(c)、第三平面反射镜(d)和第四平面反射镜(e)组成，所述的第一平面反射镜(b)和第二平面反射镜(c)在水平方向相互垂直，所述的第三平面反射镜(d)和第四平面反射镜(e)竖直方向相互垂直，经所述的衍射光栅(a)入射的赝热光脉冲衍射到第一平面反射镜(b)，经第一平面反射镜(b)和第二平面反射镜(c)反射到衍射光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，肖晓，赵富，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31