[发明专利]一种基于飞秒单脉冲干涉的瞬时二维光声波测量方法

权利要求书

1.一种基于飞秒单脉冲干涉的瞬时二维光声波测量方法，其特征在于，利用飞秒单脉冲干涉瞬时二维光声波测量装置重构二维光声波相位，实现瞬时二维光声波的测量；所述飞秒单脉冲干涉瞬时二维光声波测量装置，包括锁模激光器降频放大模块(1)、光声波诱导产生模块(26)和单脉冲马赫曾德尔干涉模块(27)，从所述锁模激光器降频放大模块输出的种子飞秒脉冲经过降频放大后分为泵浦光和探测光，泵浦光入射光声波诱导产生模块(26)形成光声波；探测光利用非线性晶体的二次谐波效应，滤除探测光光背景噪声后通过光学延时，入射单脉冲马赫曾德尔干涉模块(27)；所述锁模激光器降频放大模块(1)，包括掺镱飞秒锁模激光器(2)、声光脉冲选择器(3)、掺镱激光放大器(4)、铷原子钟(6)和任意波形发生器(5)和相机触发信号(8)；包括如下步骤，

1)构建飞秒激光单脉冲干涉超快成像系统，所述铷原子钟(6)输出正弦信号分别作为掺镱飞秒锁模激光器(2)和任意波形发生器(5)的参考频率，所述掺镱飞秒锁模激光器(2)输出飞秒激光种子光源，通过声光脉冲选择器(3)，任意波形发生器(5)输出驱动信号(7)，驱动信号(7)控制声光脉冲选择器(3)的工作时间窗口，进行脉冲选择，利用掺镱激光放大器(4)对降频后的飞秒脉冲进行功率放大，实现锁模飞秒激光器、声光脉冲选择器、泵浦脉冲、探测脉冲和相机帧速率的同步；

2)飞秒脉冲降频后功率放大，高重复频率的锁模飞秒激光进行降频，降频后的飞秒脉冲进行功率放大；

3)光声波诱导产生模块形成光声波，利用非线性晶体滤除探测光光背景噪声；

4)采用马赫曾德尔干涉法实现参考光和测量光的干涉，利用电光调制器对参考光进行高频调制，提高干涉条纹信噪比；

5)在单次相机曝光时间内采集单脉冲干涉图像，利用傅里叶变换相位重构算法完成瞬时二维光声波测量。

2.根据权利要求1所述基于飞秒单脉冲干涉的瞬时二维光声波测量方法，其特征在于：5)相机采集到的单脉冲干涉图像包含光声波的相位信息。

3.根据权利要求1所述基于飞秒单脉冲干涉的瞬时二维光声波测量方法，其特征在于：光声波诱导产生模块(26)，包括分束棱镜(9)、泵浦光(10)和显微物镜(11)、二向色镜(12)，放大后的脉冲光被分束棱镜(9)分为两束，分别作为泵浦光(10)和探测光(14)，泵浦光通过由显微物镜(11)聚焦、通过二向色镜(12)入射丙酮溶液(15)产生光声波。

4.根据权利要求1所述基于飞秒单脉冲干涉的瞬时二维光声波测量方法，其特征在于：单脉冲马赫曾德尔干涉模块，包括偏硼酸钡非线性晶体(13)、延时光路(16)、带通光滤波器(18)、分光棱镜一(19)、分光棱镜二(23)、反射镜(21)、电光调制器(20)、显微物镜(24)和CMOS相机(25)，探测光经过偏硼酸钡非线性晶体(13)滤除光背景噪声后，通过延时光路(16)反射到反射镜(17)，经带通光滤波器(18)滤波被分光棱镜一(19)分成参考光和测量光，参考光经过电光调制器(20)进行调制提高干涉条纹信噪比后被反射镜(21)反射，依次通过无泵浦光诱导的丙酮溶液(22)、分光棱镜二(23)反射和显微物镜(24)后，入射CMOS相机(25)。