[发明专利]一种多帧超快相位成像系统及方法

权利要求书

1.一种多帧超快相位成像系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的飞秒激光器、时间整型模块、空间整型模块、分光器件、第一透镜、多孔滤光模块、第二透镜和成像模块；超快事件位于所述时间整型模块和所述空间整型模块之间；

所述飞秒激光器用于产生飞秒脉冲；所述时间整型模块用于对所述飞秒脉冲进行时域拉伸和整型，得到第一数量的子脉冲；所述空间整型模块用于对经过所述超快事件后的多个子脉冲进行空间分离；所述分光器件用于将每个子脉冲分为多级子光束；所述第一透镜用于将光束汇聚至所述多孔滤光模块；所述多孔滤光模块包括所述第一数量的滤光组件，每个所述滤光组件用于对一个所述子脉冲的多级子光束进行滤波，得到该子脉冲对应的参考光和物光；所述第二透镜用于将所述参考光和所述物光汇聚至所述成像模块；所述成像模块用于得到各个子脉冲的参考光和物光形成的干涉图；

所述多级子光束包括0级衍射光和1级衍射光；所述滤光组件包括第一滤光孔和第二滤光孔，所述第一滤光孔具有第一直径，所述第二滤光孔具有第二直径，所述第一直径小于所述第二直径；所述第一滤光孔用于对所述0级衍射光进行低通滤波以得到所述参考光，所述第二滤光孔用于作为所述1级衍射光全部通过的通道以得到所述物光。

2.根据权利要求1所述的多帧超快相位成像系统，其特征在于，所述分光器件为光栅或分束器。

3.根据权利要求1所述的多帧超快相位成像系统，其特征在于，所述分光器件采用第一光栅时，所述多帧超快相位成像系统的参数限制条件如下：

式中，T为第一光栅的光栅常数，λ为波长，M₁为空间整型模块的放大倍数，NA₁为空间整型模块的数值孔径，NA₂为第一透镜的数值孔径，NA₃为第二透镜的数值孔径，D为第一直径，M₂为第二透镜的焦距f₂与第一透镜的焦距f₁的比值，α为成像模块的单个像素大小。

4.根据权利要求1所述的多帧超快相位成像系统，其特征在于，所述时间整型模块包括：色散元件、第一反射镜、第二光栅、第三透镜、空间光调制器、第四透镜、第三光栅和第二反射镜；

所述色散元件用于进行脉冲拉伸；所述第一反射镜用于将脉冲反射至所述第二光栅；所述第二光栅用于对脉冲进行色散展开；所述第三透镜用于将色散展开后的光束聚焦为平行光；所述空间光调制器用于进行波长选择滤波；所述第四透镜用于将光束汇聚至所述第三光栅；所述第三光栅用于对光束进行合束，形成第一数量的子脉冲；所述第二反射镜用于将第一数量的子脉冲反射至所述超快事件上。

5.根据权利要求1所述的多帧超快相位成像系统，其特征在于，所述空间整型模块包括：第四光栅、第五透镜和反射镜阵列；

所述第四光栅对各个子脉冲进行空间色散展开，展开后的光束经所述第五透镜汇聚至所述反射镜阵列；所述反射镜阵列由具有不同倾斜角度的多个反射镜面组成，各个子脉冲分别入射至不同的反射镜面上，并以不同的角度返回至所述第五透镜；反射光束经所述第五透镜聚焦后返回至所述第四光栅，所述第四光栅将多个子脉冲在空间上展开为一列。

6.根据权利要求1所述的多帧超快相位成像系统，其特征在于，还包括与所述成像模块连接的计算机；所述计算机用于基于所述干涉图计算得到相位图，并对所述相位图进行存储和显示。

7.根据权利要求1所述的多帧超快相位成像系统，其特征在于，所述多帧超快相位成像系统能够实现单脉冲10Tfps的成像速度和5帧的成像帧数。