[发明专利]一种多帧超快相位成像系统及方法

说明书

本发明属于成像技术领域，公开了一种多帧超快相位成像系统及方法。本发明通过飞秒激光器产生飞秒脉冲，通过时间整型模块对飞秒脉冲进行时域拉伸得到第一数量的子脉冲，通过空间整型模块对经过超快事件后的多个子脉冲进行空间分离，通过分光器件将每个子脉冲分为多级子光束，通过第一透镜将光束汇聚至多孔滤光模块，通过多孔滤光模块得到各个子脉冲对应的参考光和物光，通过第二透镜将光束汇聚至成像模块，通过成像模块得到各个子脉冲的参考光和物光形成的干涉图。本发明能够同时对多束光束进行离轴干涉成像，应用于超快成像上能够进行多帧的超快相位成像。

技术领域

本发明属于成像技术领域，更具体地，涉及一种多帧超快相位成像系统及方法。

背景技术

相位成像是一种根据强度信息恢复出相位信息的成像方法，相位成像的出现不但可以突破衍射极限，还可以实现3D透明物体的高分辨率无标记成像。在研究激光诱导损伤，神经元对信息传递反应等方面，对成像速度也有很高的要求。实现超快相位信号探测的技术有飞光记录数字全息、时间分辨全息偏振显微术和超快帧速相机等，虽然可以实现高帧率成像，但是序列深度(每部影片的帧数)会受到脉冲数量、成像视角的平衡关系和探测器数量的影响。此外，传统的相位成像方法大多是通过各种干涉方法让参考光与物光干涉得到干涉图，再通过电脑计算得到相位图。但是若想实现多个光束的同时干涉相位成像且确保不会相互影响，现有技术还没有给出合适的方案，例如进行多帧突发超快成像时往往在极短时间内获得多个分开的物光图像，但要对其进行相位成像时却没有相关的干涉方案。如何实现多帧超快相位成像是本领域需要解决的一个技术问题。

发明内容

本发明通过提供一种多帧超快相位成像系统及方法，解决现有技术中无法实现多帧超快相位成像的问题。

本发明提供一种多帧超快相位成像系统，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。

优选的，所述分光器件为光栅或分束器。

优选的，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。

优选的，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。