專利名稱：一種超快分幅成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超快攝像領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種超快分幅成像裝置。
背景技術(shù)：
在科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)的過程中，經(jīng)常需要對某一過程進行時間間隔非常短的連續(xù)拍照。當時間分辨要求達到微秒的水平時，一臺數(shù)字相機的信號讀取速度已經(jīng)難以滿足高速連續(xù)拍攝的需求，因此需要采用多張膠片或多臺相機分別記錄樣品在不同時刻的圖像，此類裝置的名稱叫做高速分幅相機。傳統(tǒng)的高速分幅相機分為兩類，一類是旋轉(zhuǎn)鏡法，另一類是基于高速電子快門的數(shù)字照相系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)鏡法采用一個高速旋轉(zhuǎn)的反射鏡將不同時刻樣品的圖像投射到不同的感光膠片或電子感光芯片上，由于采用的是機械設(shè)備，其時間分辨能力只能達到微秒的水平，并且操作過程比較復(fù)雜，目前正在逐漸被淘汰。如今商用的超快分幅相機多數(shù)是基于多通道成像原理，將輸入光分成多路，分別在不同的電子感光·芯片上成像，電子感光芯片的曝光時間和順序由超快電路控制，這樣即可實現(xiàn)對樣品的分幅成像?；诔祀娮涌扉T的分幅成像裝置的時間分辨能力取決于控制電路的響應(yīng)速度，目前處于納秒的水平，而且很難再繼續(xù)提高。并且，由于超快電子控制系統(tǒng)的成本較高，因此這類分幅成像裝置的價格十分昂貴。另外，基于超快電子快門的分幅相機的畫面幀數(shù)是有限且固定的。因此，當前迫切需要一種能夠突破時間分辨能力的瓶頸且成本低的超快分幅成像
>J-U ρ α裝直。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠突破時間分辨能力的瓶頸且成本低的超快分幅成
像裝置。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種超快分幅成像裝置，包括脈沖序列生成裝置，用于生成不同波長的超短激光脈沖組成的脈沖序列以入射待測樣品；分光器，用于將來自待測樣品的脈沖序列的不同波長成分在空間上相互分離；以及相機陣列，用于對分光器分離出的脈沖序列的不同波長成分進行分別成像。其中，所述脈沖序列生成裝置包括超短脈沖激光器，用于產(chǎn)生超短激光脈沖；頻率轉(zhuǎn)換器，用于利用非線性光學(xué)效應(yīng)將所述超短激光脈沖轉(zhuǎn)化為數(shù)個不同波長的超短激光脈沖；以及延時器，用于將所述數(shù)個不同波長的超短激光脈沖轉(zhuǎn)化為不同波長的超短激光脈沖組成的脈沖序列。其中，所述頻率轉(zhuǎn)換器沿光路依次包括聚焦透鏡、非線性光學(xué)晶體和準直透鏡。
其中，所述延時器采用群速度色散介質(zhì)。其中，所述延時器米用棱鏡對。其中，所述延時器采用光柵對。其中，所述相機陣列中的各個相機分別對準所述分光器所分離出的與該相機對應(yīng)的波長的光的所在角度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果I、能夠突破時間分辨能力的瓶頸，使時間分辨能力達到皮秒甚至飛秒量級。2、不需要使用超快控制電路，成本相對低廉。3、結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)。


圖I示出了本發(fā)明一個實施例的超快分幅成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了中心波長為830nm飛秒激光脈沖通過Mg0:LiNb03晶體的出射光的光譜示意圖；圖3示出了本發(fā)明一個實施例的頻率轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖4示出了本發(fā)明一個實施例的延時器的示意圖。
具體實施例方式下面，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步地描述。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種超快分幅成像裝置，如圖I所示，該超快分幅成像裝置包括超短脈沖激光器1，頻率轉(zhuǎn)換器2，延時器3，分光器5和相機陣列6，被探測樣品4置于延時器3和分光器5之間。首先將超短脈沖激光器I產(chǎn)生的超短激光脈沖入射至頻率轉(zhuǎn)換器2中，頻率轉(zhuǎn)換器2是可以將單個超短激光脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)個不同波長的超短激光脈沖的器件。在一個實施例中，頻率轉(zhuǎn)換器2是一個非線性光學(xué)晶體，利用晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)可將超短脈沖激光器I輸出的超短激光脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)個其它不同波長的超短激光脈沖；然后經(jīng)過延時器3將頻率轉(zhuǎn)換器2輸出的不同波長的超短脈沖在時間上分開，形成脈沖序列；脈沖序列與被探測樣品4相互作用后，其不同的波長成分攜帶著樣品在不同時刻的信息；然后利用分光器5使脈沖序列中的不同的波長成分沿不同的方向偏轉(zhuǎn)；最后采用相機陣列對不同波長的超短脈沖分別單獨成像，即可獲得樣品在不同時刻的照片。上述實施例中，超短脈沖激光器I、頻率轉(zhuǎn)換器2和延時器3構(gòu)成超短激光脈沖序列產(chǎn)生裝置，用于生成不同波長的超短激光脈沖組成的脈沖序列。本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，本發(fā)明中也可以使用其它類型的超短激光脈沖序列產(chǎn)生裝置來代替，例如可以用多臺不同頻率的飛秒激光合成一個脈沖序列，然而這種方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本也較高。在另一個實施例中，如圖3所示，所述頻率轉(zhuǎn)換器包括聚焦透鏡2、非線性光學(xué)晶體3 (如MgO = LiNbO3晶體)和準直透鏡4 ;其工作原理如下將超短激光脈沖I經(jīng)聚焦透鏡2聚焦在非線性光學(xué)晶體3中，產(chǎn)生的多波長超短激光脈沖5經(jīng)準直透鏡4準直為平行光。在另一個實施例中，所述延時器采用群速度色散材料制作。如圖4所示，多波長超短脈沖激光I在群速度色散材料2傳輸時，由于其不同波長成分的傳輸速度不同，因此隨著傳輸距離的不斷增加，入射光的不同波長成分就會在時間上相互分離，從而形成脈沖序列30例如，中心波長為830nm飛秒激光脈沖通過MgO = LiNbO3晶體后會產(chǎn)生其他波長的激光脈沖，出射光的光譜如附圖2所示(可參考文獻Optics Expressl8，4206 (2010))。從光譜圖中可以看到，出射光可包含4個波長成分，分別為830nm,680nm,520nm,415nm。這樣的多波長超短脈沖穿過一定厚度的色散介質(zhì)時，由于不同的波長成分的傳輸速度(群速度)不同，因此在傳輸過程中不同波長成分的光脈沖會相互分離，形成由不同波長的超短脈沖組成的脈沖序列。假設(shè)使用一塊厚度為6cm的石英玻璃作為延時器，則可根據(jù)出射光的4個波長成分在石英玻璃介質(zhì)中的傳輸速度，估算輸出的脈沖序列的時間特性。石英玻璃的色散關(guān)系可用Sellmier經(jīng)驗公式計算
權(quán)利要求
1.一種超快分幅成像裝置，包括脈沖序列生成裝置，用于生成不同波長的超短激光脈沖組成的脈沖序列以入射待測樣分光器，用于將來自待測樣品的脈沖序列的不同波長成分在空間上相互分離；以及相機陣列，用于對分光器分離出的脈沖序列的不同波長成分進行分別成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快分幅成像裝置，其特征在于，所述脈沖序列生成裝置包括超短脈沖激光器，用于產(chǎn)生超短激光脈沖；頻率轉(zhuǎn)換器，用于利用非線性光學(xué)效應(yīng)將所述超短激光脈沖轉(zhuǎn)化為數(shù)個不同波長的超短激光脈沖；以及延時器，用于將所述數(shù)個不同波長的超短激光脈沖轉(zhuǎn)化為不同波長的超短激光脈沖組成的脈沖序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超快分幅成像裝置，其特征在于，所述頻率轉(zhuǎn)換器沿光路依次包括聚焦透鏡、非線性光學(xué)晶體和準直透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超快分幅成像裝置，其特征在于，所述延時器采用群速度色散介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超快分幅成像裝置，其特征在于，所述延時器采用棱鏡對。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超快分幅成像裝置，其特征在于，所述延時器采用光柵對。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快分幅成像裝置，其特征在于，所述相機陣列中的各個相機分別對準所述分光器所分離出的與該相機對應(yīng)的波長的光的所在角度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超快分幅成像裝置，包括脈沖序列生成裝置，用于生成不同波長的超短激光脈沖組成的脈沖序列以入射待測樣品；分光器，用于將來自待測樣品的脈沖序列的不同波長成分在空間上相互分離；以及相機陣列，用于對分光器分離出的脈沖序列的不同波長成分進行分別成像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠突破時間分辨能力的瓶頸，使時間分辨能力達到皮秒甚至飛秒量級；本發(fā)明不需要使用超快控制電路，成本相對低廉。
文檔編號G03B39/00GK102929094SQ20111022720
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者魯欣 申請人:中國科學(xué)院物理研究所