[发明专利]基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法，属于超快成像领域。该装置包括超短脉冲激光器、多频脉冲产生器、脉冲分频器、CCD相机。本发明的方法是利用超短脉冲激光器产生激光脉冲，利用多频脉冲产生器产生超连续谱，不同频率之间有一定时间延迟，通过样本以后利用脉冲分频器将各个频率的激光脉冲在空间上进行分离，再使用CCD相机进行探测，从而获得样本的超快连续电子动态图像信息。本发明可使时间分辨率达到飞秒量级；实现连续拍摄，对不具备重复实验条件的过程进行完整拍摄；拍摄周期以及拍摄数量可控调节，而且总的拍摄帧数比现有超快成像系统大大提高，可达到百帧以上。

技术领域

本发明涉及一种基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法，属于超快成像领域。

背景技术

在不同科学研究和工艺技术研发中，经常需要对某一过程进行时间间隔极小的连续拍照。例如，超快激光制造过程中的材料对光子能量的吸收转移、电子激发等过程直接影响和决定了后续加工过程，包括制造结果的质量和精度，因此对该过程的观察至关重要。然而，该过程持续时间短，变化快，约为飞秒量级(10^-15s)。该时间尺度的超快连续成像观测对科学、生产均具有重要意义。

传统的连续成像设备，无法实现飞秒量级的成像。传统的机械方法或电子设备已经无法满足该过程的需求。电子相机的时间分辨能力取决于控制电路的响应速度，目前处于纳秒(10^-9s)水平，而且很难再继续提高。使用分幅相机的方法成像，可进一步提高时间分辨率，但时间分辨能力仍然有限，仍未突破皮秒(10^-12s)水平，而且成像帧数有限。

传统的飞秒量级成像技术，无法实现连续拍摄。泵浦探测技术是一种具有飞秒量级时间分辨力的探测技术，在实验中，为了完整记录探测对象的整个变化过程，需要通过多次重复实验，每次选取一个不同的时刻进行拍摄，最后按照时间顺序将多次重复拍摄的照片拼凑在一起，从而还原探测对象的动态连续变化过程。由于每次实验不可能做到完全重复，所以这种方法存在误差，而且对于不具备重复实验条件的过程，无法进行连续观测。

基于频域时空变换的超快连续成像技术可以在一定程度上实现连续拍摄，在实验中，采用时域频率整形器先将飞秒脉冲分成5-6个子脉冲序列，再用空域频率整形器将子脉冲在空间上分离，但其拍摄帧数有限，只有5-6幅，而且实验系统较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有成像检测手段时间分辨率低、无法对间隔飞秒到皮秒量级的过程进行多帧连续成像、难以满足科研和生产需要的问题，提出一种基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法，该方法能够达到飞秒量级时间分辨率且可以进行多帧数连续成像。

本发明是通过下述技术方案实现的。

基于超连续谱的多频脉冲超快激光连续成像装置及方法，超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过多频脉冲产生器后，变为同束覆盖多个不同频率的超连续谱脉冲，并通过色散延时器控制不同频率成分的时间间隔；光束通过观测对象后，通过脉冲分频器将超连续谱脉冲的不同频率成分从空间上分离出来，形成若干脉冲子光束，各个频率的脉冲子光束同时被收集，经过计算机处理后得到成像。

所述多频脉冲产生器，包括：超连续谱产生器和色散延时器；超快脉冲激光器产生的超快激光脉冲通过超连续谱产生器扩展入射脉冲频率范围，产生超连续谱，相当于将入射超快激光脉冲分为多个频率不同的脉冲，并组成脉冲序列，不同频率脉冲之间的时间间隔通过色散延时器控制；

所述超连续谱产生器为非线性晶体或光子晶体光纤；

所述色散延时器为色散玻璃或光纤；