[发明专利]一种超快时间复振幅测量装置和方法

说明书

一种超快时间复振幅测量装置和方法，脉冲光源发出脉冲光经过光束延迟分束器模块分为多路脉冲光，多路脉冲光形成不同时间段的脉冲序列照射在超快变化的物体上，然后光束经过波前调制器模块进行调制后传播到达光强探测器。利用控制及数据处理模块对光强探测器记录的光斑进行迭代运算，可以获得待测物体不同时刻的复振幅分布。本发明可以测量超快事件不同时刻的光场复振幅分布。

技术领域

本发明涉及ns到fs时间尺度超快变化透射型物体的复振幅测量，特别是不可重复再现的超快变化事件发生过程的复振幅测量。

背景技术

研究不可再生或者很难发生超快现象的探测，对于基础物理机理的研究具有重要的作用。然而利用多次重复测量的方法很难对此类现象进行完整且高效的测量。传统的高速相机成像技术，利用相机采集帧率的提升进行超快现象的探测，但是这种技术受电子硬件的限制很难达到超快现象测量的需求而且不能得到超快现象的相位。另外一种比较广泛的方法是利用离轴数字全息技术对不可再生或者很难发生超快现象的振幅和相位同时进行测量(T.Kakue,K.Tosa,J.Yuasa,T.Tahara,Y.Awatsuji,K.Nishio,S.Ura,andT.Kubota,“Digital light-in-flight recording by holography by use ofafemtosecond pulsed laser,”IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.18,479–485(2012).)，此方法利用超短脉冲形成相应时间分辨的参考光和信号光，需要一个较理想的参考光才能得到比较好的恢复效果，因此其应用受到限制。对于飞秒宽光谱的光源有相关技术利用角度分光谱的方法(Nakagawa,K.,Iwasaki,A.,Oishi,Y.et al.Sequentiallytimed all-optical mapping photography(STAMP).Nature Photon 8,695–700(2014).)，将飞秒宽带光源按波长分为不同时间延迟的脉冲序列，最后在成像面探测到不同时间段的光强分布，此方法测量时间尺度被限制在百飞秒量级，对于ns尺度的超快事件很难进行有效测量，并且此方法也不能对超快事件的相位进行测量。因此在测量超快现象方面需要更全面有效的测量技术对其振幅和相位进行测量。

发明内容

本发明针对超快现象测量面对的问题，提出一种超快时间复振幅恢复技术。由相干衍射成像方法发展出的相干调制方法可以有效解决以上技术在不可再生或者很难发生超快现象的复振幅测量方面所受的限制。多状态单次曝光的复振幅恢复技术可以有效利用光强探测器的曝光靶面，可以同时将超快变化事件的多个时间段的复振幅分布从一幅光强衍射光斑中有效地恢复成像。

本发明的技术解决方案如下:

一种超快时间复振幅测量装置，特点在于包括：

脉冲激光器模块，用于输出脉冲宽度在分别在ns、ps或fs量级的脉冲光束；

光束延迟分束器模块，用于将入射光分为不同角度不同时间段的脉冲序列光，并使各个脉冲入射到待测物体；

波前调制器模块，用于对待测物体的出射光束进行波前调制；

光强探测器模块，用于记录一幅衍射光斑并将其传输至控制及数据处理模块；

控制及数据处理模块用于记录衍射光斑并对数据进行算法处理；

触发线，用于连接所述的脉冲激光器模块和光强探测器模块，确保脉冲激光器模块发出光束的同时，光强探测器记录对应的光强分布。

脉冲激光器模块可以为ns脉冲激光器、ps脉冲激光器、fs脉冲激光器三种形式。

光束延迟分束器模块可以为以下三种装置：