[发明专利]飞秒差分光克尔门及基于该光克尔门的成像装置和方法

权利要求书

1.一种飞秒差分光克尔门，其特征在于：包括沿光路方向依次设置的起偏器(11)、光克尔介质(12)和第一分束片(14)，第一分束片(14)将光路分为透射光路和反射光路，其中透射光路上设有第一检偏器(17)，反射光路上设有第二检偏器(18)，且起偏器(11)的偏振方向与光路中光的偏振方向相同，第一检偏器(17)的偏振方向与起偏器(11)的偏振垂直方向呈2～5°正的外差角，第二检偏器(18)的偏振方向与起偏器(11)的偏振垂直方向呈2～5°负的外差角。

2.根据权利要求1所述的飞秒差分光克尔门，其特征在于：还包括设置在透射光路上的第一四分之一波片(15)和设置在反射光路上的第二四分之一波片(16)，且第一四分之一波片(15)设置在分束片(14)和第一检偏器(17)之间，第二四分之一波片(16)设置在分束片(14)和第二检偏器(18)之间。

3.根据权利要求2所述的飞秒差分光克尔门，其特征在于：当未设置第一四分之一波片(15)和第二四分之一波片(16)时，飞秒差分光克尔门开启后，第一检偏器(17)的透射光电场强度正比于第二检偏器(18)的透射光电场强度正比于飞秒差分光克尔门的透射光电场强度正比于4θE₀H_imaginary；

当设置有第一四分之一波片(15)和第二四分之一波片(16)时，飞秒差分光克尔门开启后，第一检偏器(17)的透射光电场强度正比于第二检偏器(18)的透射光电场强度正比于飞秒差分光克尔门的透射光电场强度正比于4θE₀H_real；

其中H_real和H_imaginary分别为普通光克尔门透射光电场的实部与虚部，θ为外差角，E₀为光克尔介质前入射光电场。

4.根据权利要求2或3所述的飞秒差分光克尔门，其特征在于：所述的第一四分之一波片(15)和第二四分之一波片(16)的长轴方向与起偏器(11)的夹角均为0°；且第一四分之一波片(15)和第二四分之一波片(16)均为零级波片，其材质为石英材质或BK玻璃。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的飞秒差分光克尔门，其特征在于：所述的起偏器(11)、第一检偏器(17)和第二检偏器(18)均为棱镜偏振器或消光比大于10⁴:1的薄膜偏振器。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的飞秒差分光克尔门，其特征在于：所述的光克尔介质(12)为二硫化碳、硝基苯、钛酸锶钡、石英玻璃、重火石玻璃、铋酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、酞菁衍生物或C₆₀衍生物。

7.一种基于飞秒差分光克尔门的成像装置，其特征在于：包括飞秒激光器(1)，在飞秒激光器(1)的发射光路上设有第二分束片(2)，第二分束片(2)将光路分成探测光路和开关光路，其中探测光路上依次设有待测目标(8)、散射介质(9)、第一凸透镜(10)、起偏器(11)、光克尔介质(12)和第一分束片(14)，第一分束片(14)将探测光路分为透射光路和反射光路，其中透射光路上依次设有第一四分之一波片(15)、第一检偏器(17)、第三凸透镜(19)和第一单脉冲触发CCD(21)，反射光路上依次设有第二四分之一波片(16)、第二检偏器(18)、第四凸透镜(20)和第二单脉冲触发CCD(22)；且起偏器(11)的偏振方向与探测光路中的飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，第一检偏器(17)的偏振方向与起偏器(11)的偏振垂直方向呈2～5°正的外差角，第二检偏器(18)的偏振方向与起偏器(11)的偏振垂直方向呈2～5°负的外差角；开关光路上依次设有用于调整开关光路中的飞秒开关脉冲光的偏振方向的半波片(4)、调节飞秒开关脉冲光的光程的光学延时线(5)和第二凸透镜(7)，且飞秒开关脉冲光入射到光克尔介质(12)内部的空间位置与飞秒探测脉冲光入射到光克尔介质(12)内部的空间位置重合。

8.根据权利要求7所述的基于飞秒差分光克尔门的成像装置，其特征在于：所述的待测目标(8)设置在第一凸透镜(10)的前焦面上，光克尔介质(12)设置在第一、第二凸透镜(10、7)的后焦面上并同时设置在第三凸透镜(19)的前焦面上，第一单脉冲触发CCD(21)设置在第三凸透镜(19)的后焦面上，第二单脉冲触发CCD(22)设置在第四凸透镜(20)的后焦面上。