[发明专利]一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：包括飞秒激光器(1)和分束片(3)，飞秒激光器(1)的出射光路被分束片(3)分为两路，一束为探测光路，另一束为泵浦光路，探测光路中的光为飞秒探测脉冲光，泵浦光路中的光为飞秒泵浦脉冲光；探测光路上依次设有待测物体(9)、第一凸透镜(11)、起偏器(12)、光克尔介质(13)、检偏器(14)、第二凸透镜(15)及CCD(16)，且满足4f系统，其中起偏器(12)、光克尔介质(13)和检偏器(14)构成光克尔门，且光克尔介质(13)位于4f系统的频谱面上；泵浦光路上依次设有用于调节飞秒泵浦脉冲光的光程的光学延时线(4)、用于调节飞秒泵浦脉冲光的偏振方向的半波片(5)、以及用于改变飞秒泵浦脉冲光的光斑形状的空间整形装置(7)，且飞秒泵浦脉冲光与飞秒探测脉冲光在光克尔介质(13)内部的空间位置重合；

所述的空间整形装置(7)为柱透镜；所述的待测物体(9)放置在第一凸透镜(11)的前焦面上，光克尔介质(13)放置在第一凸透镜(11)及空间整形装置(7)的后焦面上，并同时位于第二凸透镜(15)的前焦面上，CCD(16)放置在第二凸透镜(15)的后焦面上。

2.根据权利要求1所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的飞秒激光器(1)输出的重复频率为1kHz；

所述的分束片(3)的分光比为1:(2～4)，其中光强较大的一束作为飞秒泵浦脉冲光。

3.根据权利要求1所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的光学延时线(4)的最小光程改变量为10～100fs；

所述的半波片(5)为零级波片，其材质为BK玻璃或石英。

4.根据权利要求1所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的第一凸透镜(11)和第二凸透镜(15)的透光孔径均为25～100mm。

5.根据权利要求1所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的起偏器(12)的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器(14)的偏振方向与起偏器(12)的偏振方向垂直。

6.根据权利要求5所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的起偏器(12)和检偏器(14)均为棱镜偏振器或消光比大于10⁴:1的薄膜偏振器，其中棱镜偏振器为尼科尔棱镜偏振器、格兰泰勒棱镜偏振器或渥拉斯顿棱镜偏振器。

7.根据权利要求1所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的光克尔介质(13)为以下三阶非线性光学材料的一种：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。

8.一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)飞秒激光器(1)发出的飞秒脉冲激光经分束片(3)后分为两束，一束为飞秒探测脉冲光，另一束为飞秒泵浦脉冲光；

2)飞秒探测脉冲光先入射到待测物体(9)上，然后经过第一凸透镜(11)聚焦，入射到由起偏器(12)、光克尔介质(13)和检偏器(14)组成的光克尔门上，其中光克尔介质(13)位于4f系统的频谱面上，且起偏器(12)的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器(14)的偏振方向与起偏器(12)的偏振方向垂直；

3)飞秒泵浦脉冲光先经过光学延时线(4)调节其光程，再经过半波片(5)调节其偏振方向，然后通过空间整形装置(7)改变其光斑形状，最后聚焦进入光克尔介质(13)内部，并与飞秒探测脉冲光在光克尔介质(13)内部的空间位置重合；

4)调节光学延时线(4)，使飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光进入光克尔介质(13)的时间重合，此时光克尔门瞬时打开，飞秒探测脉冲光通过检偏器(14)后进入第二凸透镜(15)，然后聚焦进入CCD(16)，获得待测物体(9)的特定结构的高对比度图像。