[发明专利]分幅延迟结构和分幅延迟照明结构

说明书

本发明公开了一种分幅延迟结构，包括：光学延迟组件和微透镜阵列，其中，所述光学延迟组件包括多个延迟构件，其中，至少存在两个延迟构件的折射率不同，每个延迟构件的出光面均与所述微透镜阵列的入光面直接连接。本发明还公开了一种分幅延迟照明结构。本发明至少解决了如何兼顾分幅延迟结构的体积和分幅图像的时间分辨率的技术问题。

技术领域

本发明涉及极高速成像技术领域。更具体地说，本发明涉及一种分幅延迟结构和分幅延迟照明结构。

背景技术

极高速成像技术是记录瞬态事件在原子时间(10-12～10-15s)尺度里性态变化的主要手段，对生物、物理、化学等基础科学研究具有重要意义，并为诸多前沿科学应用研究和重大工程项目提供重要依据，因此，广泛应用于材料科学、非线性光学、等离子体物理学、弹道及射程研究、爆炸研究、冲击波研究等要求成像技术具有高时间和空间分辨能力的领域。

随着时代的发展，极高速成像(尤其是针对不可重复事件的单次曝光极高速成像技术)的需求不仅仅局限于科研领域，对工业工程领域也具有指导作用。例如对飞秒激光加工过程、激光损伤过程研究等，可以极大提高制造精度和节省成本。因此对极高速成像设备的小型化、集成化的改进，具有重要意义。

为了实现单次曝光的极高速成像，需要应用时间分幅技术对原子时间尺度下的动态过程进行处理。

现有时间分幅技术包括FINMOPA(光参量放大技术)、全息技术、STAMP技术、CUP技术、照明调制技术等，但是这些技术都或多或少存在一些缺陷，无法满足产品需求。

具体来说，FINMOPA技术、全息技术等都可以实现高时间分辨率的极高速成像，但均采用分光路的形式实现分幅延迟，其中的分光单元和延迟单元分离设计，因此使得系统复杂，随着分幅数量的增加，成像系统会更加庞大且增加光路调制难度。采用啁啾脉冲展宽分光原理的STAMP技术，虽然将分幅延迟结构中的分光单元和延迟单元集成为一体，但其时间分辨率受测不准关系限制，也即，时间分辨率越高，其单次曝光的画幅数量越少；时间分辨率越低，其单次曝光的画幅数量越多，甚至可能出现画幅时间的重合现象，导致无法分辨和测量时间分辨率。

采用压缩感知技术的CUP技术，可以获得大量画幅但其空间分辨率低。

对于如何实现高时空分辨率的单次曝光极高速成像，还有一种重要手段，就是照明调制技术，但是其同样也存在诸多缺陷。

在现有的照明调制技术中：基于频率识别算法的FRAME技术(“FRAME：femtosecondvideography for atomic and molecular dynamics”)率先实现仅受脉冲限制的飞秒成像，但其延迟光路采用分光延迟结构导致其体积庞大，其随后的改进型(“Long sequencesingle-exposure videography using spatially modulated illumination”)中通过DOE和DMD集成了分幅延迟结构，但其时间分辨率下降到微秒尺度。

此外，在2019年，发明专利“多角度照明超高速成像装置”(专利号ZL201910236367.6)中，提出了一种集成分幅延迟结构的极高速成像装置，并在文献(“Single-shot ultrafast phase retrieval photography”)提出一种时间分辨率在皮秒尺度下的时序空间点光源阵列。然而，这种方案的时间分辨率和照明视场固定且时序点光源加工工艺相对复杂，一定程度上限制了照明结构的在时间和空间尺度上的使用场景。

发明内容

本发明的一个目的是至少解决上述问题，并提供相应的有益效果。

本发明的另一个目的是，提供分幅延迟结构和分幅延迟照明结构，至少解决了如何兼顾分幅延迟结构的体积和分幅图像的时间分辨率的技术问题。

本发明主要通过以下诸方面中的技术方案实现：

本发明的第一方面