[发明专利]一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发/相差三模超快显微成像方法

说明书

本发明公开了一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发/相差三模超快显微成像方法，具体为提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理。在观测同一微纳瞬变现象时，既能够连续地捕捉到微纳环境下快速动态特性，又能够在实验的重要时刻获得数帧时间分辨能力达到飞秒量级的成像。增加相位检测模块，在同一个瞬变现象中，既能够观测到样品的透明部分，又能够观测到样品的不透明部分。

技术领域

本发明涉及一种超快成像技术，尤其涉及一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发/相差三模超快显微成像方法。

背景技术

传统的CCD和CMOS成像是应用最广泛的成像技术。CCD和CMOS 无法清晰灵敏的捕捉到超快过程的动态发生，尤其对微纳尺度的观测对象进行成像。即使动态现象很慢，微纳尺度下也需要很高的时间分辨率。

光学成像普遍存在的问题是：帧率越高，每帧所收集的光子越少。为了得到更高的时间分辨率，普遍使用的方法是降低空间分辨率和采用大功率光源，但是这并不是理想的解决方案，不仅会产生光噪声，而且在进行微纳尺度成像时，光线集中在非常小的区域，可能会损伤被观测物体。

在需要观测瞬变现象的场合中，如研究光化学，声子学，等离子物理以及活细胞蛋白质等快速动态特性时，其观测不仅需要达到纳秒(10^-9s) 量级的连续成像，还需要数帧时间分辨能力为飞秒(10^-15s)量级的突发成像，以便对其研究过程中的关键时刻进行超短时间间隔的连续拍照。然而，目前的连续成像技术，只能达到纳秒的水平，而如果实验观测在某一时刻需要达到飞秒量级的成像，则采用泵浦探测技术和超快突发成像技术。在需要观测瞬变现象的场合中，为了能观测到物质的快速动态特性，即需要超快连续成像，又需要超快突发成像。

进一步地，当被观测对象在某一时间段是高度透明时，光波通过后振基本不变，仅存在相位的变化。而人眼只能鉴别可见光的波长和振幅，不能辨别相位的变化。因此，当同一个被观测物体在不同的时间段出现透明和不透明时，仅仅使用超快成像技术或者相差显微技术已经不能满足观测需求。

发明内容

本发明的目的是针对实时观测微纳瞬变现象，提供一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发/相差三模超快显微成像方法，能够连续地捕捉到微纳环境下快速动态特性，且在实验的重要时刻能够获得数帧时间分辨能力达到飞秒量级的成像。

为了实现上述目的，本发明所涉及的用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发/相差三模超快显微成像方法，其特殊之处在于：提供一种光路转换模块，改变激光方向，将同一超快脉冲激光器输出的飞秒激光通过光路转换模块后进入连续成像或者突发成像进行成像处理，其中，连续成像和突发成像的图像处理系统中均包含有相位检测模块，用于检测待测物的透明部分。

进一步地，所述光路转换模块包括多个翻转镜。

更进一步地，所述光路转换模块包括第一翻转镜、第二翻转镜和反光镜，所述光路转换模块与连续成像的超快连续成像脉冲空间色散模块和突发成像的超快突发成像脉冲时域整形模块共同形成集成一体的双模脉冲整形模块，其中：

第一翻转镜用于改变飞秒激光路径，从而进入超快连续成像脉冲空间色散模块或者超快突发成像脉冲时域整形模块；

所述反光镜用于改变超快连续成像脉冲空间色散模块的输出激光，使其作用于第二翻转镜上；

所述第二翻转镜用于将反光镜转换的激光或者超快突发成像脉冲时域整形模块输出激光的路径改变到连续成像或者突发成像的后续操作。

再进一步地，所述双模脉冲整形模块输出端还设置有第三翻转镜，所述第三翻转镜将双模脉冲整形模块输出激光改变到连续成像或者突发成像的后续操作。

本发明的优点在于：