[实用新型]实时高空间分辨的超快分幅光学成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及超快成像技术，尤其涉及实时高空间分辨的超快分幅光学成像装置。 

背景技术

探讨物质世界的高速演变的物理过程一直是物理学、化学以及生物医学等领域的研究热点。对这些物理过程进行准确成像对揭示这些动态规律，进而加以控制或利用是十分必要的。不同的事物发展过程具有不同的时间特性，因而相应的成像就有不同的时间分辨要求：发射、碰撞类瞬变过程要求毫秒和亚毫秒时间分辨；爆轰、爆炸和激波类超快过程要求微秒和亚微秒时间分辨；高电压放电和激光飞片技术要求纳秒和亚纳秒时间分辨；固体中声子和激子的衰变和迁移、液体中的解相时间和分子振动弛豫、气体和固体中的等离子体增长和衰减过程要求皮秒级时间分辨；分子结构动力学(振动、化学键的断裂和形成等原子尺度上的原子运动)、光合作用的原初反应过程、视觉过程和超快速表面动力学过程则要求飞秒级时间分辨；研究高能离子和热能电子的运动、分子中价电子的运动和原子壳层内的电子动力学(束缚电子动力学，即束缚电子的激发、电离和符合)甚至要求阿秒级时间分辨。 

当然，除了时间分辨要求，成像的高空间分辨也是至关重要的。这些瞬变过程可以分为两类：一类是周期性重复发生的，另一类是单次的、不能重复发生或低重复率发生的。周期性重复发生的过程可利用高时间分辨的泵浦—探针技术记录，成像的时间分辨率取决于成像光和探测光的脉冲时间宽度。超快激光技术的发展已经将泵浦—探针技术的时间分辨推进到飞秒甚至阿秒区。单次 的、不能重复发生或低重复率发生的需要记录这种过程要求成像技术具有高时间分辨、高摄影频率和多幅的拍摄能力。显然泵浦—探针技术不能满足这种实时成像的要求。 

我们知道，对非周期重复发生的瞬态事件进行超快分幅成像的关键技术指标有：空间分辨率、时间分辨率、分幅频率以及分幅数等。高空间分辨率除了与照明波长有关外，还取决于光学成像系统的传递函数。高时间分辨则取决于成像的快门时间。高分幅频率对于超快事件的记录也是非常重要的。如果这些分幅像是同轴传输的，则分幅频率就受制于记录介质的响应速度。扫描式记录可以摆脱这种限制，但同时也带来另一紧箍咒，即扫描速度。迄今为止利用扫描方式分幅频率难以突破10⁹fps。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供实时高空间分辨的超快分幅光学成像装置，旨在解决现有技术中对非周期重复发生的瞬态事件进行超快分幅时受到扫描速度限制的问题。 

本实用新型是这样实现的，一种实时高空间分辨的超快分幅光学成像装置，包括飞秒量级的超短脉冲激光系统、倍频器、波长分束器、连续照明激光器、取样板、定标相机、第一成像记录模块和第二成像记录模块； 

所述连续照明激光器发出连续的信号光用于照明被测物体； 

所述飞秒量级的超短脉冲激光系统输出超短脉冲激光，所述超短脉冲激光用于激发超快事件； 

所述倍频器用于将所述超短脉冲激光的频率进行倍频，得到超短脉冲倍频光，所述超短脉冲倍频光用于泵浦参量放大器； 

所述波长分束器将所述超短脉冲倍频光的基波和上转换倍频光分开； 

所述的取样板和所述定标相机用于记录泵浦光的空间光强分布； 

所述第一成像记录模块包括第一光学延时器、第一泵浦光成像器、第一信 号光成像器、第一参量放大器、第一闲频光成像器和第一CCD相机；所述上转换倍频光经所述第一光学延时器和所述第一泵浦光成像器后照射到所述第一参量放大器上得到第一泵浦光；所述连续的信号光照明被测物体后经过所述第一信号光成像器也入射到所述第一参量放大器上得到第一信号光；所述上转换倍频光通过所述第一参量放大器时将所述连续的信号光进行瞬时放大，并产生第一闲频光；所述第一闲频光通过所述第一闲频光成像器后，所述第一闲频光的信息由所述第一CCD相机进行记录； 

所述第二成像记录模块包括第二光学延时器、第二泵浦光成像器、第二信号光成像器、第二参量放大器、第二闲频光成像器和第二CCD相机；透过所述第一成像记录模块的所述第一泵浦光作为第二泵浦光依次经所述第二光学延时器和所述第二泵浦光成像器后照射到所述第二参量放大器上；透过所述第一成像记录模块的所述第一信号光作为第二信号光经所述第二信号光成像器后也照射到所述第二参量放大器上；所述第二泵浦光在所述第二参量放大器上将所述第二信号光进行瞬时放大，并产生第二闲频光，所述第二闲频光通过所述第二闲频光成像器后，所述第二闲频光的信息由所述第二CCD相机记录。