[發明專利]一種超快全光單發多幅成像裝置

在審

• 申請號: 201811533071.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109444140A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 夏漢定;鄧青華;吳之清;邵婷;石兆華;周曉燕;王鳳蕊;孫來喜;葉鑫;黃進;吳衛東;李波
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開了一種超快全光單發多幅成像裝置。該超快全光單發多幅成像裝置中的分光裝置，設置在啁啾光脈沖產生裝置的出射光路上，用于將參考光脈沖與待測探測光脈沖以預設角度合束形成合束光脈沖；衍射光學元件，設置在分光裝置的出射光路上，用于將合束光脈沖衍射分離為空間分布的光束陣列；窄帶干涉濾光片，以預設傾角設置在衍射光學元件的出射光路上，用于對光束陣列進行濾波，得到時間?波長映射脈沖序列；成像元件，設置在窄帶干涉濾光片的出射光路上，用于得到多幅不同中心波長的干涉條紋圖像。本發明能實現單發次泵浦?探測條件下超快二維分幅干涉成像，能同時探測光強度和相位超快變化，能提高分幅頻率、空間帶寬和時間分辨能力。

技術領域

本發明涉及全光超快成像技術領域，特別是涉及一種超快全光單發多幅成像裝置。

背景技術

超快成像技術是捕獲材料在高溫、高壓等極端條件下的超快動力學響應特性的一種重要測試方法，開發高時間、空間分辨率的超快成像技術是推進材料微介觀動態響應過程、超快物理化學過程、原子分子動力學等領域創新發展的重要手段。不同的事物發展過程具有不同的時間特性，需要相應時間分辨率的超快成像裝置來探測各類瞬態過程。例如，碰撞、發射類運動過程需要毫秒和亞毫秒時間分辨；爆炸、爆轟、激波類快速過程要求微秒和亞微秒級時間分辨；高壓放電、等離子體產生等超快過程需要納秒和亞納秒級時間分辨；等離子體增長和衰減過程、固體中聲子和激子的衰變和遷移、液體中的解相時間和分子振動弛豫等過程要求皮秒級時間分辨；化學分子結構動力學、光合作用的原始反應等過程需要飛秒級時間分辨；高能離子和熱電子的運動、原子殼層內的電子動力學等過程甚至要求阿秒級時間分辨。當然，除了時間分辨要求外，成像的高空間分辨率也是至關重要的，顯微物鏡成像可以滿足微米至亞微米的高空間分辨率成像要求。

諸如上述的物質世界的超快演變過程可以主要分為兩種：第一種是周期性重復發生的超快過程，這類過程通常利用高時間分辨的泵浦-探測技術超快成像，其時間分辨率由探針脈沖(例如皮秒、飛秒脈沖)的時域寬度決定；泵浦-探測技術超快成像優點是時間分辨率高，單幅有效像素點多，空間分辨率高，但其最大的局限性是沒有時序分多幅成像能力，一次只能獲取一個時刻的瞬態圖像，需要多次不同延時的重復實驗來拼接完整超快過程，要求所觀測的超快過程必須具有高度可重復性和一致性。第二種是單次的、難以重復的概率性或復雜性的超快過程，例如爆炸沖擊、激光損傷、激光聚變、量子躍遷、半導體載流子熱運動和生物酶反應等過程，記錄這類過程要求超快成像技術具有高時間分辨率、高攝影幀幅頻率和單次分多幅的拍攝能力。顯然，泵浦-探測技術是無法完整、準確地拍攝這類難以重復事件發生的完整過程。

目前能實現超快過程單次診斷的高速分多幅成像裝置可以主要分為以下三種：(1)機械轉鏡式分幅成像裝置；(2)光電變像管分幅成像；(3)全息高速分幅成像裝置。機械轉鏡式分幅成像裝置受限于機械轉鏡的轉動速度，分幅頻率難以突破10⁷fps量級，分幅頻率有待提高；光電變像管分幅成像裝置只能提供一維空間分辨，且受限于電子學系統帶寬的限制，難以實現超快時間分辨的二維分幅成像；全息高速分幅成像裝置受限于分幅數及圖像空間帶寬范圍，空間帶寬和時間分辨能力均有待提高。

發明內容

基于此，有必要提供一種超快全光單發多幅成像裝置，以實現單發次泵浦-探測條件下超快二維分幅干涉成像，具備同時探測材料中探測光強度和相位超快變化的優點，能提高分幅頻率、空間帶寬和時間分辨能力，能應用于探測單次的、難以重復的概率性或復雜性超快變化過程。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種超快全光單發多幅成像裝置，包括：

啁啾光脈沖產生裝置，用于產生寬譜啁啾飛秒光脈沖；

分光裝置，設置在所述啁啾光脈沖產生裝置的出射光路上，用于將所述寬譜啁啾飛秒光脈沖分為探測光脈沖與參考光脈沖，所述探測光脈沖入射待測樣本后形成待測探測光脈沖，所述參考光脈沖與所述待測探測光脈沖以預設角度合束形成合束光脈沖；