[發明專利]基于波長分光法的超快連續成像方法

在審

• 申請號: 201910047774.2
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109632729A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 姜瀾;王國燕;王青松;胡潔
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種基于波長分光法的超快連續成像方法，屬于超快成像領域。本發明將激光器發出的激光脈沖分成若干束子脈沖和一束泵浦光，調節子脈沖的波長以確保每束子脈沖的波長均不相同；每束子脈沖在時間上具有一定間隔，即每束子脈沖與泵浦光之間具有不同的時間延時；泵浦光激發待測物品，多束子脈沖形成的連續脈沖序列采集被激發樣品的信息后根據波長被還原成若干束子脈沖，每束子脈沖分別被采集后成像，即能夠實現對一次超快過程的超快連續成像。本發明只需要進行一次試驗，利用一個脈沖分成一個泵浦脈沖和若干個具有不同時間延時的探測子脈沖，就能獲取超快過程若干不同時刻的圖像信息。

技術領域

本發明涉及一種基于波長分光法的超快連續成像方法，屬于超快成像領域。

背景技術

超快成像是研究超快過程的有效技術，比如等離子體物理、超快化學、超快生物等。這些超快過程的觀察對正確理解這些超快過程的本質十分重要。超快激光具有持續時間短、峰值功率高的特點，巨有很強的激發、調控及探測能力，因而在超快化學、超快生物以及超快激光制造等領域都有重要應用。

傳統的超快成像技術利用飛秒激光的超短脈沖可以實現高時間分辨的成像。但是要完成對一次超快過程的完整觀測需要多次重復這一過程并對過程中不同時刻進行拍攝然后拼湊出完整的過程信息。這種方法在原理上存在明顯的缺陷。首先，該方法要求每次實驗條件的高度一致；其次，該方法對難以復制過程、偶然過程具有局限性。而飛秒激光加工中電子動態的超快演化過程對實驗條件極其敏感，屬于難重復過程，且需求高性噪比和高時空分辨率。因此亟需提出一種可以對超快過程進行高時間分辨的超快連續成像辦法。

傳統的連續成像裝置依賴機械設備，機械裝置響應時間的局限性嚴重制約了連續成像裝置的時間精度，其最高時間分辨率通常為微秒量級。另一種利用超快電子快門的成像裝置的時間分辨率可以提高到納秒級別，主要取決于電路的響應速度，因此時間分辨率難以進一步提升其價格昂貴。上述兩鐘方法均無法滿足我們對超快過程檢測的需求。

日本課題組提出的超快連續成像方法系統結構復雜，由于不同頻率光譜之間的相互干擾，導致其時間分辨率有限，最小的時間分辨率為100fs左右。并且拍攝幀數和每一幀的曝光時間受制于脈沖延時的寬度，相互影響，將對超快現象的探測過程造成影響，無法在拍攝較長時間內精確拍攝。國內課題組提出的方案無法實現對超快連續拍攝過程中的拍攝幀數以及各幀之間的時間間隔的自由調節。因此，當前迫切需要提出一種既滿足超高時空分辨又能滿足方便調節拍攝幀數及拍攝間隔要求的超快連續成像方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有超快成像技術無法實現一次性獲取超快過程連續信息，成像時空分辨率低，難以滿足科研需要的問題，提供一種基于波長分光法的超快連續成像方法，該方法通過采用波長分光方法，可以在一次試驗內實現對超快過程進行飛秒時間間隔的連續成像，并且可以精確控制探測脈沖序列之間的延遲，從而為超快連續成像領域的研究提供手段和工具。

本發明的工作原理和技術方案如下：

基于波長分光法的超快連續成像方法，將激光器發出的激光脈沖分成若干束子脈沖和一束泵浦光，調節子脈沖的波長以確保每束子脈沖的波長均不相同；每束子脈沖在時間上具有一定間隔，即每束子脈沖與泵浦光之間具有不同的時間延時；泵浦光激發待測物品，多束子脈沖形成的連續脈沖序列采集被激發樣品的信息后根據波長被還原成若干束子脈沖，每束子脈沖分別被采集后成像，即能夠實現對一次超快過程的超快連續成像。

所述時間延時依次遞增，便于圖片順序的處理；

實現上述方法的裝置，包括：普通分光鏡組、激光器、波長調制器組、延遲線組、反射鏡、二向色鏡組和CCD成像系統組。