[发明专利]一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置

说明书

一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，构成包括：扩束系统、脉冲赝热光产生系统、脉冲啁啾展宽系统、待测事件发生装置、散射介质、成像透镜、CCD相机和计算机。本发明事先通过散射介质对不同波长赝热光波进行标定，而后通过啁啾赝热脉冲光源对超快过程成像，最后利用解码分离不同波长光信息，将不同时刻的图像提取出来，以实现单发超快成像。该装置结构简单、稳定、可移植性高，仅需单幅图像采集，图像采样率高，具有极高的时间和空间分辨率。

技术领域

本发明涉及量子物理、半导体材料等超快过程的光学成像，包含飞秒啁啾赝热脉冲光源的产生和散射波长标定单发成像两部分，具体是一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置。

背景技术

近几十年来，为了满足物理、化学、声学、材料等科研领域和工业应用的需求，对于超快成像技术的研究得到了快速发展。传统超快成像技术根据其模式可以分为连续模式和脉冲模式两类，连续模式超快成像技术可以对大量图像连续成像并数字化存储，脉冲模式超快成像技术主要是记录脉冲图像，可以对动态过程进行检测，相较于连续模式具有更高的帧率。目前应用较为广泛的是拍摄帧间隔可达100fs的条纹相机，但其所提供的图像信息只有一维。另一种非常有潜力的技术是基于泵浦探针的时间分解成像技术，然而该技术需要对特定物理现象进行重复触发，并控制探针的时间延迟，要求所探测的事件具有高度可重复性。

时序全光映像摄影术是目前为止发展较快的一种单发超快成像技术[参见文献1：Nakagawa K,Iwasaki A,Oishi Y,et al.Sequentially timed all-optical mappingphotography(STAMP)[J].Nature Photonics,2014,Vol.8]，其通过展宽系统(玻璃棒、棱镜组、光纤等)对入射的超短脉冲源进行展宽，而后经过整形系统产生脉宽相等、频率不等的子脉冲。将这些子脉冲作为探针对超快现象进行探测，利用光学衍射系统将包含图像信息的不同波长的子脉冲进行空间分离，投射到CCD不同空间位置处，以此来对超快过程进行动态成像。

然而，时序全光映像摄影术主要以空间换取时间，每幅图像仅仅占有CCD接收面的一部分，致使图像采样率降低，因而在实际测量中会对降低快速成像的空间分辨率，同时机械分束系统限制单发成像帧数只有个位数。

发明内容

为了克服上述分辨率降低和单发成像帧数的问题，本发明提供一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，该装置采用单发脉冲测量，利用随机散射介质对脉冲进行波长编码，无需整形系统产生子脉冲，且无需空间分离，图像采样率高，可获得较高的成像空间分辨率。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于飞秒赝热光散射波长标定的超快成像装置，其特点在于，包括：沿光路依次放置的扩束系统、脉冲赝热光产生系统、脉冲啁啾展宽系统、散射介质、成像透镜和CCD相机，以及与该CCD相机相连的计算机，在所述的脉冲啁啾展宽系统和散射介质光路之间放置待测事件发生装置。

所述的脉冲赝热光产生系统是将粒径在10—100μm的强散射介质体系放入光路中，使经过扩束的fs脉冲光入射到该系统，在连续多次的散射叠加过程中，其空间相干性遭到破坏，生成后续标定系统所需要的赝热特性光。

所述的脉冲啁啾展宽系统由衍射光栅、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜组成，所述的第一平面反射镜和第二平面反射镜在水平方向相互垂直，所述的第三平面反射镜和第四平面反射镜竖直方向相互垂直，经所述的衍射光栅入射的赝热光脉冲衍射到第一平面反射镜，经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射到衍射光栅，再由衍射光栅衍射到第三平面反射镜，经第三平面反射镜反射拔高到第四平面反射镜，经第四平面反射镜反射再次返回衍射光栅，使得赝热脉冲光四次经过衍射光栅，最后沿与入射方向相反的方向在垂直方向上错位出射啁啾赝热光脉冲，实现该光源的啁啾展宽。