[发明专利]一种超快连续成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超快连续成像装置及方法，属于超快成像领域。

背景技术

在科学研究和技术研发的过程中，经常需要对某些发生在极短时间内的超快过程进行研究，例如飞秒激光加工过程中产生的能量转移，电子激发，等离子体演化等过程都发生在飞秒到皮秒量级，这些过程的持续时间非常短，但是在这个时间尺度内发生的超快变化却直接影响并决定了后续加工结果的质量和精度，观察该时间尺度内的超快过程有利于揭示飞秒激光与物质的相互作用机理，因而迫切需要一种具有超快时间分辨能力的连续成像装置和方法。

传统的高速连续成像设备由于采用的是机械设备，其时间分辨能力只能达到微秒的水平，并且操作过程比较复杂，目前正在逐渐被淘汰。基于超快电子快门的分幅成像装置，其时间分辨能力取决于控制电路的响应速度，可以达到纳秒的分辨能力，但是难以再继续提高。并且，由于超快电子控制系统的成本较高，因此这类分幅成像装置的价格十分昂贵。

传统的飞秒量级的成像技术，无法实现连续拍摄。传统的泵浦探测技术是一种具有飞秒量级时间分辨力的探测技术，在泵浦探测实验中，为了完整记录探测对象的整个变化过程，一般通过多次重复实验，每次选取一个不同的时刻进行拍摄，最后按照时间顺序将上述多次重复实验中拍摄的一系列照片拼凑在一起来还原探测对象的动态连续变化过程。由于每次实验不可能做到完全重复，所以这种方法存在着误差，而且对于不具备重复实验条件的过程，则无法进行连续观测。

因此，当前迫切需要一种既能够突破时间分辨能力瓶颈且又能实现连续成像的一种超快连续成像技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有成像手段时间分辨率低,无法对间隔为飞秒到皮秒量级的过程进行超快成像，难以满足科研和生产需要的问题，而提出一种超快连续成像装置及方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种超快连续成像装置，包括，超快激光器、第一扩束透镜、第二扩束透镜、延时器、聚焦透镜、观察对象、离散透镜、相机阵列。

其光路走向为：超快激光器产生超短脉冲光束；光束经过第一扩束透镜和第二光束透镜后，光斑放大并水平射出；光束覆盖整个延时器，产生延时不同的子脉冲；子脉冲由聚焦透镜聚焦后经过观察对象，通过离散透镜后光束准直，在相机阵列成像。

所述的延时器为空间阶梯型延时器。

一种超快连续成像方法，实现步骤如下：

1)首先用超快激光器产生超短激光脉冲；使用焦距不同的透镜对光束半径进行扩大，使得光束可以完全覆盖延时器；

2)激光垂直入射延时器表面。延时器将光束分成多个光束，并使每个光束产生不同的延时(延时为飞秒量级)。光束平行地从延时器输出；

3)光束平行入射到聚焦透镜，多个光束聚焦到探测对象处，多个光束通过探测对象的时间具有飞秒量级的延时。激光透过探测对象，由于其对激光吸收率的不同，激光携带探测对象的信息。透过探测对象不同后，利用离散透镜使得多个光束分开并平行地输出；

4)多个光束输出到相机阵列处，不同光束采集到了不同时刻的图像，探测到飞秒量级的连续的成像信息；

5)将观察对象移开，采集背景光，与步骤4)的图像对比，去除背景处理，即可得到最终图像。

所述的聚焦透镜将光束序列聚焦，离散透镜将光束序列离散分开，从而便于后续的成像。

有益效果

本发明的优点包括：

1、能突破时间分辨能力的瓶颈，使得时间分辨能力提高到飞秒量级；

2、对于不具备重复实验条件的过程，实现单次实验连续成像；

3、不需要使用控制电路，降低了成本；

4、结构相对简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明专利的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的延时器4的三维示意图；

其中，1-超快激光器，2-第一扩束透镜，3-第二扩束透镜、4-延时器、5-聚焦透镜、6-观察对象、7-离散透镜、8-相机阵列。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

实施例

如图1所示，一种超快连续成像装置，包括，超快激光器1、第一扩束透镜2、第二扩束透镜3、延时器4、聚焦透镜5、观察对象6、离散透镜7、相机阵列8。