[发明专利]基于超快激光的高时间分辨全息偏振显微成像系统及方法

权利要求书

1.基于超快激光的高时间分辨全息偏振显微成像系统，其特征是，包括：

光源系统，用于产生超短激光脉冲，经过四分之一波片后被调制成圆偏振光，并发送给时间延迟系统；

时间延迟系统，用于将入射激光脉冲分成两个延迟时间可调的探测子脉冲，两个探测子脉冲通过衍射系统后，再经过分光镜分两路分别进入干涉系统的样品光路和参考光路；

在样品光路，通过第一空间滤波器滤波后，只保留从衍射系统出射的零级衍射光，零级衍射光通过第一偏振片后作为照明光入射到动态样品上，透过动态样品后得到包含样品两个不同时刻复振幅的物光波；

在参考光路，通过第三空间滤波器滤波后，只保留从衍射系统出射的四束一级衍射光，再经过第二偏振片或第三偏振片处理，得到参考光波；

参考光波和物光波经过第三分光镜后在记录平面叠加，叠加后的光场由与光源系统同步的记录系统来记录，得到包含两个不同时刻的物光波各正交偏振分量的复振幅信息的时间分辨偏振全息图；

计算机处理系统，用于采用离轴全息图的处理方法对时间分辨偏振全息图进行处理，得到在两个不同时刻透过超快变化样品的物光波各正交偏振分量的复振幅信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是，

所述光源系统，包括：超短脉冲激光器和四分之一波片；所述超短脉冲激光器用于产生超短激光脉冲，四分之一波片将超短激光脉冲调制成圆偏振光。

3.如权利要求2所述的系统，其特征是，

所述时间延迟系统，包括：第一分光镜，所述第一分光镜连接两条支路：第一支路和第二支路；

第一条支路包括依次连接的第一反光镜和第二反光镜；其中，第一反光镜与第一分光镜连接；第二反光镜与衍射系统连接；

第二条支路包括依次连接的第三反光镜和第四反光镜；其中，第三反光镜与第一分光镜连接；第四反光镜与衍射系统连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征是，

所述衍射系统，包括：两个取向成45度的正交光栅：第一正交光栅和第二正交光栅；其中，第一正交光栅的第一侧与第二反光镜连接，第一正交光栅的第二侧与干涉系统连接；所述第二正交光栅的第一侧与第四反光镜连接，第二正交光栅的第二侧与干涉系统连接。

5.如权利要求4所述的系统，其特征是，

所述干涉系统，包括：第二分光镜，所述第二分光镜分别连接两条支路：样品光路和参考光路；

样品光路，包括：依次连接的第一空间滤波器、第五反光镜、第一偏振片、第一透镜、第二空间滤波器、第二透镜、动态样品、显微物镜和第三分光镜；

参考光路，包括：依次连接的第二分光镜、第三透镜、第三空间滤波器、第六反光镜、第四透镜和第三分光镜；所述第三空间滤波器为四针孔滤波器，在四针孔滤波器的针孔位置上覆盖了两个偏振方向正交的第二偏振片和第三偏振片，其中两个针孔位置覆盖第二偏振片，另外两个针孔位置覆盖第三偏振片；

所述第二分光镜分别与第一正交光栅的第二侧和第二正交光栅的第二侧连接；

所述第三分光镜与记录系统连接。

6.如权利要求5所述的系统，其特征是，

所述第二分光镜的作用是：将进入干涉系统的脉冲激光分成物光和参考光；

所述第三分光镜的作用是：实现物光和参考光汇聚后出射。

7.如权利要求5所述的系统，其特征是，

所述样品光路的照明光由第一正交光栅和第二正交光栅的两个零级衍射光组成，所述照明光的偏振方向由第一偏振片来控制；

所述参考光通过第三空间滤波器滤波的过程中，第三空间滤波器是四针孔空间滤波器，四针孔空间滤波器只让每个正交光栅相互垂直的一级衍射光中的两束通过；

所述参考光经过第二偏振片或第三偏振片处理过程中，来自两个探测脉冲的两束光经过第二偏振片后变成水平偏振的线偏振光；另外两束光经过第三偏振片变成垂直偏振的线偏振光；

所述记录系统，包括：图像传感器，所述图像传感器与第三分光镜连接，所述图像传感器还与计算机处理系统连接。