【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光技术及器件领域，具体涉及一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置及方法。
技术介绍
1、纳秒整形激光在物理、化学和材料科学等众多领域发挥着不可替代的作用。通过精确调整激光脉冲形状，研究人员可以控制与物质的相互作用，促进对材料特性的深入探索，并在极端条件下发现新的物理现象。然而，这些激光系统的性能受到非线性效应的严重阻碍，特别是小尺度自聚焦效应，这会降低光束质量，并可能对光学元件造成灾难性损坏，从而限制激光系统的输出功率。
2、小尺度自聚焦效应表现出时间特性，其演化是时间相关光场i(x,y,t)的函数。然而，目前的测量技术未能捕捉到其三维时空分布。目前常规参数测量技术包括激光脉冲时域积分的近场f(x,y)、空域积分的脉冲波形p(t)。这两种测量技术没有结合起来描述光束的三维时空信息，局域在光场i(x,y,t)横向(x,y)和纵向(t)的时空耦合畸变将淹没在近场相机的时间积分或者功率传感器的空间积分中。
3、为了表征纳秒整形光场的三维时空分布和动态演化，所需超快光场测量技术的时间分辨力应优于皮秒量级，且应具备高空间分辨、宽光谱响应和单发次测量能力。整形激光局域时域形状变化快于50ps，在该时间尺度下，固体介质中极化主要由响应时间皮秒量级的核运动和响应时间纳秒量级的电致伸缩等两种机制共同作用，光场时空演化行为主要取决于介质极化和时域变化，因此，超快光场测量技术时间分辨力应在皮秒量级。考虑到在激光传输和放大过程中会发生谐波转换，将基频光转换为三倍频光，超快测量技术还应具有宽光谱响应能力。此
4、基于上述分析，迫切需要开发单发超快光场测量技术，以获得纳秒整形光场的时空演化结构，为抑制小尺度自聚焦效应和提升激光系统的综合性能提供新的手段和理论基础。
5、现有单发超快光场成像测量技术中，通常采用超短脉冲串作为探针基元，在空间、角度、波长、偏振或空间频率等维度主动编码，进而完成瞬态事件测量，此类利用超短脉冲串作为照明探针的测量方法，探测的对象是瞬态事件(如激光诱导产生等离子体)，难以测量光场本身；另一类单发超快光场成像测量技术不需要主动照明，由超快光电探测器实现超快时间分辨，虽然可以测量光场，但是难以兼顾宽光谱范围和高时空分辨测量需求。超快光场探测器主要有基于快电子学原理的分幅相机、原位存储电子快门相机和高速取样相机等。其中，微通道板行波选通型分幅相机发展相对成熟，其基本原理是控制脉宽极窄的电脉冲选通并放大不同时刻的图像。目前研制出的超高速mcp分幅相机可实现最小门宽200ps，然而由于红外波段光电阴极光谱响应难题，mcp分幅相机难以涵盖从紫外到红外的宽光谱测量需求。
6、因此，现有技术还有待进一步发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置及方法，以解决现有技术存在的问题，实现对纳秒整形激光脉冲的单发次高时空分辨成像测量。
2、为达到上述技术目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，包括：
3、沿激光传输方向依次设置的待测信号光、光学分束器、时间延迟调节模块、光栅编码模块、光学合束器、光学克尔门、成像模块，以及与所述成像模块通信连接的频域识别解析模块。
4、具体的，所述光学分束器用于将待测信号光分束成多个子束；
5、所述光栅编码模块包括多个不同空间方位排布的光栅，所述光栅用于对各子束进行调制编码；
6、所述光学合束器用于将调制编码后的子束进行合束。
7、具体的，所述时间延迟调节模块至少包括以下任意一种：
8、电动位移平台和反射镜组的组合、可调光程元件；
9、所述时间延迟调节模块用于分别对各子束设置不同的时间延迟。
10、具体的，所述光学克尔门包括克尔介质及两个偏振方向相互垂直的偏振器，所述光学克尔门用于对各子束进行不同时间切片的选通。
11、具体的，所述克尔介质位于两个偏振方向相互垂直的偏振器的中间。
12、具体的，所述成像模块用于记录所述光学克尔门选通后的复合光场信息；
13、所述频域识别解析模块用于对所述成像模块记录的复合光场信息进行频域识别解析，恢复出不同时间切片的光场信息。
14、具体的，所述装置还包括待测瞬态事件装置，所述待测瞬态事件装置设置于激光传输的光路上。
15、根据本专利技术的第二方面，提供一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像方法，包括：
16、s100、将通过光学分束器的待测信号光分束成多个子束；
17、s200、利用时间延迟调节模块分别对各子束设置不同的时间延迟；
18、s300、利用光栅编码模块中不同空间方位的光栅对各子束进行调制编码，形成编码后的子束；
19、s400、将编码后的子束通过光学合束器进行合束，形成第一合束；
20、s500、将第一合束通过光学克尔门，并对各子束进行不同时间切片的选通；
21、s600、将选通后的复合光场信息重叠成像在成像模块上；
22、s700、通过频域识别解析模块对成像模块记录的复合光场信息进行处理，恢复出不同时间切片的光场信息。
23、具体的，所述通过频域识别解析模块对成像模块记录的复合光场信息进行处理，恢复出不同时间切片的光场信息，包括：
24、通过频域计算将空间域中重叠的复合光场信息解析重建出不同时间切片的光场信息。
25、具体的，所述频域计算包括：
26、傅里叶变换、空间频率平移、低通滤波、傅里叶逆变换。
27、有益效果：
28、1、本专利技术提供了一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发光学成像方法，利用频域识别解析模块能够在单次曝光中捕获整个光场演化的多个时空分辨图像，恢复出不同时间切片的光场信息，适用于非重复性和难以再现的超快现象研究，极大的提高了成像效率，实现了超快时间分辨的能力。
29、2、利用光栅编码复用进一步提高了图像分幅数，利用超快光学克尔门选通可实现超快时间分辨测量，基于本专利技术中单发成像装置的成像原理可实现宽光谱响应，不受限于特定波长范围，适用于多种光谱测量需求，为激光性能优化和超快现象研究提供了有力工具。
30、3、本专利技术中单发成像装置组成简单，不需要配备精密光机仪器，大大降低了成本，很大程度上提高了本专利技术的可用性与可靠性。
31、4、基于本专利技术提供的单发成像装置，在激光传输光路上设置待测瞬态事件装置，采用均匀的照明光源待测瞬态事件，可实现对瞬态事件的超快时间分辨成像，因此本装置不仅可以对光场本身成像，还可以表征物理化学等研究领域的瞬态事件。
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1.一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，包括：沿激光传输方向依次设置的待测信号光(1)、光学分束器(2)、时间延迟调节模块(3)、光栅编码模块(4)、光学合束器(5)、光学克尔门(6)、成像模块(7)，以及与所述成像模块(7)通信连接的频域识别解析模块。
2.根据权利要求1所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述光学分束器(2)用于将待测信号光(1)分束成多个子束；
3.根据权利要求2所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述时间延迟调节模块(3)至少包括以下任意一种：
4.根据权利要求2所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述光学克尔门(6)包括克尔介质(22)及两个偏振方向相互垂直的偏振器，所述光学克尔门(6)用于对各子束进行不同时间切片的选通。
5.根据权利要求4所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述克尔介质(22)位于两个偏振方向相互垂直的偏振器的中间。
6.根据权利要求5所述的基于光栅
7.根据权利要求1所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述装置还包括待测瞬态事件装置(8)，所述待测瞬态事件装置(8)设置于激光传输的光路上。
8.一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像方法，其特征在于，所述通过频域识别解析模块对成像模块(7)记录的复合光场信息进行处理，恢复出不同时间切片的光场信息，包括：
10.根据权利要求9所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像方法，其特征在于，所述频域计算包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，包括：沿激光传输方向依次设置的待测信号光(1)、光学分束器(2)、时间延迟调节模块(3)、光栅编码模块(4)、光学合束器(5)、光学克尔门(6)、成像模块(7)，以及与所述成像模块(7)通信连接的频域识别解析模块。
2.根据权利要求1所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述光学分束器(2)用于将待测信号光(1)分束成多个子束；
3.根据权利要求2所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述时间延迟调节模块(3)至少包括以下任意一种：
4.根据权利要求2所述的基于光栅编码和光学克尔门选通的单发成像装置，其特征在于，所述光学克尔门(6)包括克尔介质(22)及两个偏振方向相互垂直的偏振器，所述光学克尔门(6)用于对各子束进行不同时间切片的选通。
5.根据权利要求4所述的基于光栅编码...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗兆玉，李庆，赵军普，李森，张波，夏彦文，陈林，张君，姚轲，喻甫军，梁樾，赵博望，董一方，黄醒，周丹丹，郑万国，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：
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