[發(fā)明專利]多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110297183.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102436168A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸小微;李景鎮(zhèn);陳紅藝;徐世祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): G03H1/02
• 分類號(hào): G03H1/02;G03H1/12
• 代理公司: 深圳市盈方知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44303
• 代理人: 朱曉江;周正雄

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及數(shù)字全息成像，更具體地說(shuō)，涉及一種用于記錄飛秒級(jí)超快過(guò)程的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)及方法。?

【背景技術(shù)】

隨著極端條件下科學(xué)研究的發(fā)展和細(xì)觀、微觀超快過(guò)程研究的需要，極高速成像的研究已提到日程。其中，對(duì)于10¹²幅/秒以上的攝影頻率，目前只有飛秒全息可以達(dá)到。飛秒全息是利用光的兩重性和全息記錄的多參數(shù)性來(lái)實(shí)現(xiàn)多幅極高速成像，可在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)瞬態(tài)事件進(jìn)行多幅連續(xù)記錄。目前，學(xué)者們?cè)谶@方面研究非?；钴S，日本學(xué)者采用相移數(shù)字全息記錄了空氣的動(dòng)態(tài)位相變化，分幅時(shí)間只達(dá)到微秒量級(jí)。其成像頻率主要是受限于數(shù)字相機(jī)的頻率，不可能做到很高^[1]。Z.Liu等人用數(shù)字全息方法記錄了納秒到皮秒級(jí)的過(guò)程，其成像頻率主要是受到所用系統(tǒng)腔長(zhǎng)的限制^[2]。對(duì)飛秒級(jí)過(guò)程的研究，目前也有多種方法，如空間波前分幅^[3]，角分復(fù)用技術(shù)^[4]，波長(zhǎng)編碼^[5]和偏振編碼等。但是，這些飛秒級(jí)的方法都需要通過(guò)反射或透射等得到多光束，控制這些光束的延時(shí)從而記錄不同時(shí)刻的瞬態(tài)事件。多次分束和對(duì)準(zhǔn)確的延時(shí)控制的需要使得系統(tǒng)復(fù)雜，難以控制。?

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字全息技術(shù)通過(guò)反射或透射等?得到多光束并控制這些光束的延時(shí)，使得系統(tǒng)復(fù)雜且難以準(zhǔn)確控制延時(shí)的缺陷，提供一種多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其使用色散元件進(jìn)行延時(shí)、使用多通道窄寬濾光片分幅成像。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，構(gòu)造一種多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)，用于記錄超快過(guò)程，所述系統(tǒng)包括飛秒激光器、干涉儀架構(gòu)和數(shù)字相機(jī)，還包括色散延時(shí)器及置于所述數(shù)字相機(jī)的感光元件前的多通道窄帶濾光片；其中，所述飛秒激光器輸出的激光光束經(jīng)所述色散延時(shí)器色散后使得激光光束中的不同波長(zhǎng)成分的光延時(shí)不同，所述色散延時(shí)器輸出的光束在所述干涉儀架構(gòu)中經(jīng)分束后形成物光和參考光，其中物光通過(guò)超快過(guò)程后不同波長(zhǎng)的物光攜帶了所述超快過(guò)程不同時(shí)刻的信息；所述物光和參考光經(jīng)所述多通道窄帶濾光片后不同波長(zhǎng)成分的物光和參考光分別通過(guò)各自相應(yīng)的通道，并以小角度干涉形成多幅全息圖，所述多幅全息圖由所述數(shù)字相機(jī)記錄，實(shí)現(xiàn)分幅成像。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述多通道窄帶濾光片包括N個(gè)通道，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)，其中每個(gè)通道包括多個(gè)子通道，所述子通道的尺寸與所述感光元件中的像元的尺寸相匹配，且每一個(gè)子通道的位置均與所述感光元件中的一個(gè)像元的位置相對(duì)應(yīng)。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述子通道以組為單位相鄰排列，每組中包含N個(gè)子通道，其中每個(gè)子通道對(duì)應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)，使得每個(gè)所述通道中的全部子通道相對(duì)于所述感光元件的像元陣列均勻分布。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述通道的個(gè)數(shù)N可根據(jù)需要設(shè)定。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述色散延時(shí)器包括具有色散效應(yīng)的晶體或者非晶體。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述晶體或者非晶體為棒狀，其長(zhǎng)度由所述晶體或者非晶體材料的色散參數(shù)和全息圖的分幅時(shí)間而確定。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述激光器和所述色散延時(shí)器之間還設(shè)置有分束器，所述分束器將所述激光器輸出的激光脈沖分束為進(jìn)入所述色散延時(shí)器的成像光和用于在樣品處激發(fā)超快過(guò)程的激發(fā)光。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像系統(tǒng)中，所述干涉儀架構(gòu)為馬赫-曾德干涉儀架構(gòu)。?

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字全息技術(shù)通過(guò)反射或透射等得到多光束并控制這些光束的延時(shí)，使得系統(tǒng)復(fù)雜且難以準(zhǔn)確控制延時(shí)的缺陷，提供一種多通道數(shù)字全息成像方法，其使用色散元件進(jìn)行延時(shí)、使用多通道窄寬濾光片分幅成像。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，提供一種多通道數(shù)字全息成像方法，用于記錄超快過(guò)程，其特征在于，所述方法包括：?

飛秒激光器發(fā)射激光光束；?

色散延時(shí)器使所述激光光束中的不同波長(zhǎng)的成分產(chǎn)生不同的延時(shí)；?

所述色散延時(shí)器輸出的光束在干涉儀架構(gòu)中兩臂分別為物光和參考光，其中所述物光通過(guò)超快過(guò)程后，不同波長(zhǎng)的物光攜帶了所述超快過(guò)程不同時(shí)刻的信息；?

所述物光和參考光經(jīng)多通道窄帶濾光片后以小角度干涉形成多幅全息圖，所述多幅全息圖由所述數(shù)字相機(jī)記錄，實(shí)現(xiàn)分幅成像。?

在本發(fā)明所述的多通道數(shù)字全息成像方法中，還包括：?