[发明专利]基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于全光网格原理的原子时间成像装置，其特征在于，包括：飞秒激光放大器、楔片分束器、倍频垂直偏振系统、展宽整形延迟系统、显微物镜及网格分幅相机；其中，

所述飞秒激光放大器，发出的飞秒激光至所述楔片分束器，所述楔片分束器，处理所述飞秒激光得到透射的探测光和反射的激发光；

所述倍频垂直偏振系统，接收所述激发光进行倍频垂直偏振处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件；

所述展宽整形延迟系统，接收所述探测光进行展宽整形延迟处理后，得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光；

所述显微物镜，接收照射所述目标后的所述基频探测光，进行放大处理后传送至所述网格分幅相机；

所述网格分幅相机，接收放大处理后的目标，并对目标进行取样形成网格像，网格像经过光谱-空间线性映射后在像面形成光谱色散的网格像，利用系统标定的方法提取单波长网格像，最后通过傅里叶算法重建超快过程，所述网格分幅相机，包括：物镜、微透镜阵列、准直透镜、光栅、傅里叶透镜及像面CCD；其中，

所述物镜，把基频线性啁啾脉冲I(x,y,t(λ)_i)照明的目标成像在微透镜阵列面上形成中间像，目标可表示为离散的画幅序列O(x,y,t_i)i＝1,2,…n，其中，x、y表示二维平面位置坐标，t(λ)_i表示时间，λ表示探测光波长，i为时刻点标记；

所述微透镜阵列，微透镜阵列取样所述目标形成网格像R(x,y,λ_i)i＝1,2,…n，单波长网格像表示为：

R(x,y,λ_i)＝S(x,y)O(x,y,λ_i)I(x,y,λ_i)，其中，所述S(x,y)是微透镜阵列的取样模式，O(x,y,λ_i)表示超快过程，I(x,y,λ_i)表示探测光光强分布；

所述准直透镜，位于所述微透镜阵列与光栅之间，将所述画幅序列导入所述光栅；

所述光栅，放置于4f光学系统的傅里叶面，光谱色散的网格像成像于CCD探测面，在CCD探测面上单波长网格像R(x″,y″,λ_i)表示为：

其中，d和f分别为光栅常数和傅里叶透镜焦距，x″、y″分别表示CCD探测面位置的x轴、y轴坐标；

所述傅里叶透镜，转换光谱色散的网格像至像面；

所述像面上，CCD探测面上光谱色散的网格像表示为：

从光谱色散网格像R(x″,y″)中提取单波长网格像R(x″,y″,λ_i)；

重建超快过程O(x,y,t_i)形成光谱子带宽图像，表示为：

其中，F和H分别表示傅里叶变换和滤波算子，光栅色散轴沿x轴，在实际光学成像系统中，为了避免光谱色散网格像元相互重合，沿垂直与光轴平面旋转光栅色散轴与x轴成特定角度。

2.根据权利要求1所述的基于全光网格原理的原子时间成像装置，其特征在于，所述倍频垂直偏振系统，包括：非线性倍频晶体BBO、半波片HWP及球面凸透镜；其中，

所述非线性倍频晶体BBO，接收所述激发光并将波长转换为倍频激发光传输至所述半波片HWP；

所述半波片HWP，控制所述倍频激发光与探测光偏振方向互相垂直，并导入所述球面凸透镜；

所述球面凸透镜，为L3,f＝25mm的球面凸透镜，将垂直偏振处理后的所述倍频激发光聚焦到目标激发超快事件。

3.根据权利要求1所述的基于全光网格原理的原子时间成像装置，其特征在于，所述展宽整形延迟系统，包括：时序时间模块STM、光谱整形模块SSM及延迟线；其中，

所述时序时间模块STM，由一对高色散棱镜组成，接收探测光并展宽为脉宽为6ps的线性啁啾脉冲；

所述光谱整形模块SSM，接收所述线性啁啾脉冲处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲；

所述延迟线，接收所述探测脉冲并处理得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光。