[发明专利]一种可重构的空间分幅成像装置

说明书

本发明涉及一种可重构的空间分幅成像装置，属于超快成像技术领域。包括准直光学系统、空间分束系统、滤波系统、成像接收系统和图像采集系统；目标光束经过所述准直光学系统进入所述空间分束系统后，被所述空间分束系统阵列成多束不同传播方向的子光束，各所述子光束被所述窄带滤波系统滤波后，分别被所述成像接收系统成像在所述图像采集系统的不同位置上，所述图像采集系统接收各所述子光束的图像并输出。通过采用空间分束系统，实现了系统分幅数量的灵活调整，大大降低了系统的装调难度和生产制造成本，使系统具备可重构的特性。

技术领域

本发明涉及一种可重构的空间分幅成像装置，属于超快成像技术领域。

背景技术

相较于其他高速成像技术，全光成像技术能够实现更高的时间分辨率和空间分辨率，能够实现超快成像。现有技术中，全光成像技术主要包括基于泵浦-探测技术的超快成像技术、STAMP(Sequentially Timed All-optical Mapping P hotography，序列时间映射全光超快成像)技术和SF-STAMP(Sequentially Ti med All-optical MappingPhotography utilizing Spectral Filtering，基于光谱滤波的序列时间映射全光超快成像)技术。基于泵浦-探测技术的超快成像技术，其时间分辨率由探测光脉冲宽度决定，但该技术通过获取多个周期内的不同片段重现一个完整周期内的现象，仅适用于获取可重复的超快现象，无法用于捕捉单次的、无规律的超快现象。

STAMP技术是目前世界上最快的2D超快成像技术，可以捕捉亚皮秒量级的超快现象，成像质量高，同时，其成像方式为单次爆发成像，即通过单次脉冲完成整个成像过程，能够用于捕捉如爆炸、细胞相互作用、酶反应等概率性或复杂性的非周期性重复的超快现象。但由于系统潜望镜结构制作较为复杂，该技术目前实现的分幅数量只能达到6幅。

为了克服STAMP技术中分幅数量不足的缺陷，SF-STAMP技术采用DOE(DiffractiveOptical Elements，衍射光学元件)结构将分幅数量提高到了25幅，时间分辨率达到133fs。如图1所示，为SF-STAMP系统结构示意图，整个系统为一个4f系统，所述装置包括傅里叶变换透镜1、DOE2、窄带BPF(Band-pas s filter，带通滤波器)3、成像镜头4和图像传感器5。待测物体6位于傅里叶变换透镜1的前焦面，DOE2位于傅里叶变换透镜1的后焦面，位于成像镜头4的前焦面。来自待测物体6的啁啾脉冲探测光经过傅里叶变换透镜1准直通过D OE2空间分束成子光束阵列，每一个子光束以不同角度继续传播；窄带BPF3与DOE2的相对偏转使得不同子光束相对窄带BPF3的入射角各不相同，从而使得各子光束经过窄带BPF3后，分别成为具有不同中心波长的窄带子光束；之后，经过滤波的各子光束分别通过成像镜头4同时成像在成像镜头4后焦面的图像传感器5的不同位置上。通过这样的设置，使得目标不同波长的图像被同时记录在图像传感器的不同位置上，实现单次爆发成像。

然而，采用DOE实现分幅时，SF-STAMP系统的分幅数量由选定的DOE唯一确定，无法调整；需要实现不同的分幅数量时，必须选用不同的DOE，且更换DOE后需要重新进行调试，耗费大量人力物力。并且，DOE需要进行特殊定制，为了实现更高的分幅数量时，需要定制的DOE的价格极为昂贵，大大提高了系统的生产加工成本。

现有技术中通常采用窄带滤波器件作为窄带滤波器，为了实现小于1nm左右窄带滤波功能，窄带滤波器件的表面需要镀上百层膜，其加工工艺极为复杂，生产难度极大，我国目前仍没有成熟的加工工艺，相关元件仍需要进口，这也大大提高了系统的生产加工成本，严重限制了超快成像技术的发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在适用范围窄且加工工艺复杂的问题，提供一种可重构的空间分幅成像装置。该装置分幅数量可调，适用范围广，在不同工作条件下无需进行元件更换，相对于现有技术能够有效降低系统的生产制造和使用成本。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。