[发明专利]基于F-P腔的激光及其伴生辐射传输的三维成像装置及方法

说明书

本发明提出了一种基于F‑P腔的激光及其伴生辐射传输的三维成像方法及其实现装置，涉及激光及其伴生辐射传输成像领域。本发明在前向成像系统中插入F‑P腔对激光及其伴生辐射进行多次反射和透射，以多次增加像距，改变成像光斑对应的物截面的位置，从而对激光及其伴生辐射传输的不同截面同时成像。本发明的特点在于能够通过调节F‑P腔两反射面之间的距离，来控制单次不同成像光斑对应的物截面之间的距离；通过调节F‑P腔的入射角度，可微调物方测量范围，并可调节成像光斑的空间分离程度；通过测量得到F‑P腔透反射系数对各级成像光斑强度进行修正，得到激光及其伴生辐射传输的三维成像图。本方法可实现激光线性与非线性传输及其诱导伴生辐射的三维空间测量。

技术领域

本发明涉及激光在透明介质中传输及其应用领域，具体涉及激光及其伴生辐射传输成像领域。

背景技术

激光在透明介质中传输的过程，随着光强从低到高会经历线性到非线性、乃至极端非线性的传输过程，这些过程通常会伴随发生丰富的物理现象，也衍生了许多应用。例如，激光的传输和演化过程，包括光强在空间分布上的改变，即聚焦和散焦；超短脉冲激光经过介质时因各种色光在传播方向上折射率不同而引发的色散现象；高强度飞秒激光在透明介质中的克尔自聚焦和等离子体自散焦动态平衡的成丝现象等。激光在传输过程中也会激发出相应的伴生辐射现象，如激光在非线性介质中传输的频率转换现象；飞秒激光成丝激发出的太赫兹辐射、三次谐波辐射；超连续谱产生等。

在传统的激光及其伴生辐射的成像系统中，通常采用相机对物方光束的单一截面成像，若需要观测某一测量范围内的激光及其伴生辐射的演化情况，就需要多次改变相机和成像透镜的位置，这不仅会使实验过程变得繁琐，还会因人员误差导致实验结果的准确性无法保证。

而F-P腔是由两块具有一定反射率的透镜组合而成的腔体，当一束光射入F-P 腔时，光束的一部分发生反射，一部分发生透射，透射光照射到另一个反射面时，同样地，一部分光发生反射，一部分光发生透射，反射回去的光又在另一个反射面上发生反射和透射，如此往复可多次增加光程。

本发明发现将F-P腔运用到激光及其伴生辐射的成像中时，若将F-P腔两反射面的间距和F-P腔的角度至所需适宜值，则F-P腔可以作为一种新的辅助成像仪器，使得该系统可在同一时间、同一条件下对测量范围内的多截面成像，从而可精准、便捷地观测到激光及其伴生辐射的三维图像。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种基于F-P腔的激光及其伴生辐射传输的三维成像方法及其实现装置，以F-P腔作为一种新的辅助成像仪器，使得该系统可在同一时间、同一条件下对测量范围内的多截面成像，从而可精准、便捷地观测到激光及其伴生辐射的三维图像。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于F-P腔的激光及其伴生辐射传输的三维成像装置，其特点在于,包括沿光路依次设置成像透镜和成像设备，该成像设备外接计算机，在所述的成像透镜和成像设备之间同光轴的设置F-P腔,使激光及其伴生辐射在所述的F-P腔内多次反射和透射，从而增加像距，改变成像光斑对应的物截面的位置，实现不同截面的同时成像。

通过调节所述的F-P腔两端反射镜之间的距离，控制单次不同成像光斑对应的物截面之间的距离；通过调节F-P腔入射光的入射角，微调物方测量范围，并控制成像光斑的空间分离程度，使成像光斑在空间上可分离。

所述的F-P腔两端的反射镜互相平行，则两相邻级次的成像光斑对应的像平面间的距离近似相同。

设成像透镜的焦距f，成像透镜到成像设备的距离d，则当d＝2f时，成倒立等大的实像；当d2f时，成倒立放大的实像；当fd2f时，成倒立缩小的实像。