多角度层析记录频域全息成像的方法及装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911324532.X (22)申请日 2019.12.20 (71)申请人 深圳大学 地址 518000 广东省深圳市南山区南海大 道3688号 (72)发明人 陆小微李景镇蔡懿曾选科 朱永乐龙虎 (74)专利代理机构 深圳卓正专利代理事务所 (普通合伙) 44388 代理人 万正平 (51)Int.Cl. G01J 3/45(2006.01) G01J 3/28(2006.01) G01J 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种多角度层析记录频域全息成像的方。

2、法 及装置 (57)摘要 本申请提供一种多角度层析记录频域全息 成像的方法及装置， 该装置包括： 激发光发生器， 包括： 飞秒激光器、 倍频器、 激发光分束片及迈克 尔逊干涉仪； 层析检测光发生器， 包括： 层析分束 器及层析延迟光路； 超快事件参考光发生器， 得 到超快事件的超快事件参考光传输至成像光谱 仪； 超快事件探测光发生器， 将层析反射延迟探 测光及层析透射延迟探测光与超快事件激发光 同时到达超快事件位置， 超快事件激发光激发产 生超快事件； 产生携带超快事件信息的超快事件 探测光传输至成像光谱仪； 成像光谱仪， 将超快 事件参考光及超快事件探测光进行频域干涉， 得 到频域全息的二维。

3、光谱信息图像。 本发明现实了 记录频域全息成像得到完整和清晰描述的二维 光谱信息图像。 权利要求书3页 说明书9页 附图7页 CN 111307285 A 2020.06.19 CN 111307285 A 1.一种多角度层析记录频域全息成像的方法， 其特征在于， 包括： 将飞秒激光器发出的飞秒激光经过倍频器处理， 得到基频光和倍频光； 所述倍频光经 过所述激发光分束片透射至迈克尔逊干涉仪处理， 得到包含参考光和探测光； 所述基频光 经过所述激发光分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到超快事件激发光； 所述参考光和探测光经过大于或等于一个的层析分束器处理， 得到层析透射参考光和 探测光和层析反。

4、射参考光和探测光； 所述层析反射参考光和探测光经过反射镜反射后， 进 入层析延迟光路处理， 得到层析反射延迟参考光和探测光； 所述层析透射参考光和探测光 进入层析延迟光路处理， 得到层析透射延迟参考光和探测光； 所述层析反射延迟参考光及层析透射延迟参考光通过各自对应角度层析反射镜反射 后， 经过超快事件位置， 得到超快事件的超快事件参考光传输至成像光谱仪； 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反射镜反射 后， 与所述超快事件激发光同时到达所述超快事件位置， 所述超快事件激发光激发产生超 快事件； 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光通过所述超快事件， 产生携带超。

5、 快事件信息的超快事件探测光传输至所述成像光谱仪； 所述超快事件参考光及超快事件探测光在所述成像光谱仪进行频域干涉， 得到频域全 息的二维光谱信息图像。 2.根据权利要求1所述的多角度层析记录频域全息成像的方法， 其特征在于， 所述层析 反射参考光和探测光经过反射镜反射后， 进入层析延迟光路处理， 得到层析反射延迟参考 光和探测光； 所述层析透射参考光和探测光进入层析延迟光路处理， 得到层析透射延迟参 考光和探测光， 为： 所述层析反射参考光和探测光经过反射镜反射后， 进入层析延迟光路的层析延迟分束 器透射后经延迟光路， 得到透射的层析反射延迟参考光和探测光； 所述层析反射参考光和 探测光经过。

6、反射镜反射后， 进入所述层析延迟光路的层析延迟分束器反射后经延迟光路， 得到反射的层析反射延迟参考光和探测光； 所述层析透射参考光和探测光进入所述层析延迟光路的层析延迟分束器透射后经延 迟光路， 得到透射的层析透射延迟参考光和探测光； 所述层析透射参考光和探测光进入所 述层析延迟光路的层析延迟分束器反射后经延迟光路， 得到反射的层析透射延迟参考光和 探测光。 3.根据权利要求1所述的多角度层析记录频域全息成像的方法， 其特征在于， 所述成像 光谱仪根据所述超快事件参考光及超快事件探测光进行频域干涉， 得到频域全息的二维光 谱信息图像， 为： 所述超快事件参考光及超快事件探测光在各自对应角度的成。

7、像单元上记录并进行频 域干涉， 得到干涉条纹； 通过所述干涉条纹， 利用滤波反投影算法恢复超快事件的空间二维信息随时间变化的 频域全息的二维光谱信息图像。 4.根据权利要求1所述的多角度层析记录频域全息成像的方法， 其特征在于， 所述层析 反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反射镜反射后， 与所述超快 事件激发光同时到达所述超快事件位置， 所述超快事件激发光激发产生超快事件， 为： 所述超快事件激发光经过透镜聚焦得到会聚的超快事件激发光； 权利要求书 1/3 页 2 CN 111307285 A 2 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反射镜反射 后。

8、， 与所述会聚的超快事件激发光同时到达所述超快事件位置， 所述会聚的超快事件激发 光激发产生超快事件。 5.根据权利要求1所述的多角度层析记录频域全息成像的方法， 其特征在于， 所述倍频 光经过所述分束片透射至迈克尔逊干涉仪处理， 得到包含参考光和探测光； 所述基频光经 过分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到超快事件激发光， 为： 以预设的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪， 将所述倍频光经过所述分束片透射至调整的 所述迈克尔逊干涉仪处理， 得到参考光和探测光； 根据所述时间间隔调整延迟线激发光路和各个层析延迟光路， 使得所述基频光经过分 束片反射至延迟线激发光路处理， 得到的超快事件激发光与所述层。

9、析反射延迟探测光及层 析透射延迟探测光同步到达所述超快事件位置。 6.一种多角度层析记录频域全息成像的装置， 其特征在于， 包括： 激发光发生器、 层析 检测光发生器、 超快事件参考光发生器、 超快事件探测光发生器及成像光谱仪； 其中， 激发光发生器， 包括： 飞秒激光器、 倍频器、 激发光分束片及迈克尔逊干涉仪； 所述飞秒 激光器发出飞秒激光至所述倍频器， 所述倍频器处理所述飞秒激光得到基频光和倍频光； 所述激发光分束片， 将所述倍频光透射至迈克尔逊干涉仪， 将所述基频光反射至延迟线激 发光路处理， 得到超快事件激发光； 所述迈克尔逊干涉仪， 处理透射的所述倍频光， 得到包 含参考光和探测光。

10、； 所述层析检测光发生器， 包括： 大于或等于一个的层析分束器及层析延迟光路； 所述层 析分束器， 透射所述参考光和探测光得到层析透射参考光和探测光和层析反射参考光和探 测光， 反射所述层析反射参考光和探测光， 经过反射镜反射后进入层析延迟光路； 所述层析 延迟光路， 处理所述层析反射参考光和探测光， 得到层析反射延迟参考光和探测光， 处理所 述层析透射参考光和探测光， 得到层析透射延迟参考光和探测光； 所述超快事件参考光发生器， 将所述层析反射延迟参考光及层析透射延迟参考光通过 各自对应角度层析反射镜反射后， 经过超快事件位置， 得到超快事件的超快事件参考光传 输至成像光谱仪； 所述超快事件。

11、探测光发生器， 将所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过 各自对应角度层析反射镜反射后， 与所述超快事件激发光同时到达所述超快事件位置， 所 述超快事件激发光激发产生超快事件； 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光通 过所述超快事件， 产生携带超快事件信息的超快事件探测光传输至所述成像光谱仪； 所述成像光谱仪， 将所述超快事件参考光及超快事件探测光进行频域干涉， 得到频域 全息的二维光谱信息图像。 7.根据权利要求6所述的多角度层析记录频域全息成像的装置， 其特征在于， 所述层析 延迟光路， 包括： 层析延迟分束器、 层析透射延迟光路及层析反射延迟光路； 其中， 所述层析延迟分束。

12、器， 接收反射的所述层析反射参考光和探测光， 透射后发送至所述 层析透射延迟光路， 反射后发送至所述层析反射延迟光路； 接收透射的所述层析透射参考 光和探测光， 透射后发送至所述层析透射延迟光路， 反射后传输至所述层析反射延迟光路； 所述层析透射延迟光路， 处理透射的所述层析反射参考光和探测光， 得到透射的层析 反射延迟参考光和探测光； 处理透射的所述层析透射参考光和探测光， 透射的层析透射延 权利要求书 2/3 页 3 CN 111307285 A 3 迟参考光和探测光； 所述层析反射延迟光路， 处理反射的所述层析反射参考光和探测光， 得到反射的层析 反射延迟参考光和探测光； 处理反射的所述。

13、层析透射参考光和探测光， 得到反射的层析透 射延迟参考光和探测光。 8.根据权利要求6所述的多角度层析记录频域全息成像的装置， 其特征在于， 所述成像 光谱仪， 包括： 检测光接收光谱仪及光谱信息成像器； 其中， 所述检测光接收光谱仪， 与所述光谱信息成像器相连接， 在各个角度上接收所述超快 事件参考光及超快事件探测光， 记录并进行频域干涉得到干涉条纹发送至所述光谱信息成 像器； 所述光谱信息成像器， 与所述检测光接收光谱仪相连接， 通过所述干涉条纹。 9.根据权利要求6所述的多角度层析记录频域全息成像的装置， 其特征在于， 还包括： 聚焦透镜， 位于所述延迟线激发光路及超快事件位置之间， 会。

14、聚所述超快事件激发光后发 送至所述超快事件位置。 10.根据权利要求6所述的多角度层析记录频域全息成像的装置， 其特征在于， 还包括： 光束延时调整器， 包括： 激发光延时调整单元及探测光延时调整单元； 其中， 所述激发光延时调整单元， 与所述迈克尔逊干涉仪及探测光延时调整单元相连接， 以 预设的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪， 将所述倍频光经过所述分束片透射至调整的所述迈 克尔逊干涉仪处理， 得到参考光和探测光； 所述探测光延时调整单元， 与所述激发光延时调整单元相连接， 根据所述时间间隔调 整延迟线激发光路和各个层析延迟光路， 使得所述基频光经过分束片反射至延迟线激发光 路处理， 得到的超快事。

15、件激发光与所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光同步到 达所述超快事件位置。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111307285 A 4 一种多角度层析记录频域全息成像的方法及装置 技术领域 0001 本申请涉及成像的技术领域， 尤其涉及一种多角度层析记录频域全息成像的方法 及装置。 背景技术 0002 频域数字全息可以通过频域-时域映射的方法来记录时间维度连续变化的过程， 在超快成像领域具有很大的应用前景。 但是， 频域数字全息是采用光栅光谱仪记录的， 当一 束复合光线进入光栅光谱仪的入射狭缝， 首先由光学准直镜会聚成平行光， 再通过衍射光 栅色散为分开的波长(颜色)， 利用每个波长离。

16、开光栅的角度不同， 由聚焦反射镜再成像出 射狭缝， 通过电脑控制可精确地改变出射波长。 0003 光栅成像光谱技术是成像技术和光谱技术相结合的产物， 能够通过平台或者扫描 方式得到目标物的二维空间信息和光谱信息， 进而形成数据立方体， 在对观测目标的空间 特征成像的同时， 对每个可分辨空间像元经过色散、 衍射、 干涉等手段形成几十个乃至几百 个窄波段以进行连续的光谱测量。 成像光谱数据立方体可以通过一系列的图像坐标转换和 链接的各个维度空间坐标来实现， 对应于目标的二维空间位置和各波段光谱维的位置。 光 谱仪上狭缝的作用是作为视场光阑使物体的像部分地通过， 遮挡住其他部分的光使其不能 通过。 。

17、因此， 通过狭缝的像再经准直物镜照射到色散元件上时， 在垂直狭缝方向上可将其按 波长色散， 最后由成像物镜聚焦成像在成像光谱仪的像平面上。 0004 要想获得二维的空间信息， 一定要使用扫描的方式进行记录， 在飞秒级高速成像 上是无法实现的。 通过解相位获取一维切面信息随频率的变化， 继而由频域-时域对应关系 获得一维信息随时间的改变， 是远远不足以判断超快过程的演化规律的。 由于狭缝的限制 使得只能获取空间中的一个空间维度的折射率积分量随时间的变化， 这样很难对整个变化 过程做完整的成像和清晰的描述。 0005 因此， 如何提供一种完整的成像和清晰描述的记录二维空间的方案是本领域亟待 解决的。

18、技术问题。 发明内容 0006 本申请的目的在于提供一种多角度层析记录频域全息成像的方法及装置， 解决现 有技术中没有完整的成像和清晰描述的记录二维空间的方案的技术问题。 0007 为达到上述目的， 本申请提供一种多角度层析记录频域全息成像的方法， 包括： 0008 将飞秒激光器发出的飞秒激光经过倍频器处理， 得到基频光和倍频光； 所述倍频 光经过所述激发光分束片透射至迈克尔逊干涉仪处理， 得到包含参考光和探测光； 所述基 频光经过所述激发光分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到超快事件激发光； 0009 所述参考光和探测光经过大于或等于一个的层析分束器处理， 得到层析透射参考 光和探测光和层。

19、析反射参考光和探测光； 所述层析反射参考光和探测光经过反射镜反射 后， 进入层析延迟光路处理， 得到层析反射延迟参考光和探测光； 所述层析透射参考光和探 说明书 1/9 页 5 CN 111307285 A 5 测光进入层析延迟光路处理， 得到层析透射延迟参考光和探测光； 0010 所述层析反射延迟参考光及层析透射延迟参考光通过各自对应角度层析反射镜 反射后， 经过超快事件位置， 得到超快事件的超快事件参考光传输至成像光谱仪； 0011 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反射镜 反射后， 与所述超快事件激发光同时到达所述超快事件位置， 所述超快事件激发光激发产 生超。

20、快事件； 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光通过所述超快事件， 产生携 带超快事件信息的超快事件探测光传输至所述成像光谱仪； 0012 所述超快事件参考光及超快事件探测光在所述成像光谱仪进行频域干涉， 得到频 域全息的二维光谱信息图像。 0013 可选地， 其中， 所述层析反射参考光和探测光经过反射镜反射后， 进入层析延迟光 路处理， 得到层析反射延迟参考光和探测光； 所述层析透射参考光和探测光进入层析延迟 光路处理， 得到层析透射延迟参考光和探测光， 为： 0014 所述层析反射参考光和探测光经过反射镜反射后， 进入层析延迟光路的层析延迟 分束器透射后经延迟光路， 得到透射的层析反射。

21、延迟参考光和探测光； 所述层析反射参考 光和探测光经过反射镜反射后， 进入所述层析延迟光路的层析延迟分束器反射后经延迟光 路， 得到反射的层析反射延迟参考光和探测光； 0015 所述层析透射参考光和探测光进入所述层析延迟光路的层析延迟分束器透射后 经延迟光路， 得到透射的层析透射延迟参考光和探测光； 所述层析透射参考光和探测光进 入所述层析延迟光路的层析延迟分束器反射后经延迟光路， 得到反射的层析透射延迟参考 光和探测光。 0016 可选地， 其中， 所述成像光谱仪根据所述超快事件参考光及超快事件探测光进行 频域干涉， 得到频域全息的二维光谱信息图像， 为： 0017 所述超快事件参考光及超快。

22、事件探测光在各自对应角度的成像单元上记录并进 行频域干涉， 得到干涉条纹； 0018 通过所述干涉条纹， 利用滤波反投影算法恢复超快事件的空间二维信息随时间变 化的频域全息的二维光谱信息图像。 0019 可选地， 其中， 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角 度层析反射镜反射后， 与所述超快事件激发光同时到达所述超快事件位置， 所述超快事件 激发光激发产生超快事件， 为： 0020 所述超快事件激发光经过透镜聚焦得到会聚的超快事件激发光； 0021 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反射镜 反射后， 与所述会聚的超快事件激发光同时到达所述超快事件。

23、位置， 所述会聚的超快事件 激发光激发产生超快事件。 0022 可选地， 其中， 所述倍频光经过所述分束片透射至迈克尔逊干涉仪处理， 得到包含 参考光和探测光； 所述基频光经过分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到超快事件激发 光， 为： 0023 以预设的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪， 将所述倍频光经过所述分束片透射至调 整的所述迈克尔逊干涉仪处理， 得到参考光和探测光； 0024 根据所述时间间隔调整延迟线激发光路和各个层析延迟光路， 使得所述基频光经 说明书 2/9 页 6 CN 111307285 A 6 过分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到的超快事件激发光与所述层析反射延迟探测光 。

24、及层析透射延迟探测光同步到达所述超快事件位置。 0025 另一方面， 本发明还提供一种多角度层析记录频域全息成像的装置， 包括： 激发光 发生器、 层析检测光发生器、 超快事件参考光发生器、 超快事件探测光发生器及成像光谱 仪； 其中， 0026 激发光发生器， 包括： 飞秒激光器、 倍频器、 激发光分束片及迈克尔逊干涉仪； 所述 飞秒激光器发出飞秒激光至所述倍频器， 所述倍频器处理所述飞秒激光得到基频光和倍频 光； 所述激发光分束片， 将所述倍频光透射至迈克尔逊干涉仪， 将所述基频光反射至延迟线 激发光路处理， 得到超快事件激发光； 所述迈克尔逊干涉仪， 处理透射的所述倍频光， 得到 包含参。

25、考光和探测光； 0027 所述层析检测光发生器， 包括： 大于或等于一个的层析分束器及层析延迟光路； 所 述层析分束器， 透射所述参考光和探测光得到层析透射参考光和探测光和层析反射参考光 和探测光， 反射所述层析反射参考光和探测光， 经过反射镜反射后进入层析延迟光路； 所述 层析延迟光路， 处理所述层析反射参考光和探测光， 得到层析反射延迟参考光和探测光， 处 理所述层析透射参考光和探测光， 得到层析透射延迟参考光和探测光； 0028 所述超快事件参考光发生器， 将所述层析反射延迟参考光及层析透射延迟参考光 通过各自对应角度层析反射镜反射后， 经过超快事件位置， 得到超快事件的超快事件参考 光。

26、传输至成像光谱仪； 0029 所述超快事件探测光发生器， 将所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光 经过各自对应角度层析反射镜反射后， 与所述超快事件激发光同时到达所述超快事件位 置， 所述超快事件激发光激发产生超快事件； 所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探 测光通过所述超快事件， 产生携带超快事件信息的超快事件探测光传输至所述成像光谱 仪； 0030 所述成像光谱仪， 将所述超快事件参考光及超快事件探测光进行频域干涉， 得到 频域全息的二维光谱信息图像。 0031 可选地， 其中， 所述层析延迟光路， 包括： 层析延迟分束器、 层析透射延迟光路及层 析反射延迟光路； 其中， 0032。

27、 层析延迟分束器， 接收反射的所述层析反射参考光和探测光， 透射后发送至所述 层析透射延迟光路， 反射后发送至所述层析反射延迟光路； 接收透射的所述层析透射参考 光和探测光， 透射后发送至所述层析透射延迟光路， 反射后发送至所述层析反射延迟光路； 0033 所述层析透射延迟光路， 处理透射的所述层析反射参考光和探测光， 得到透射的 层析反射延迟参考光和探测光； 处理透射的所述层析透射参考光和探测光， 透射的层析透 射延迟参考光和探测光； 0034 所述层析反射延迟光路， 处理反射的所述层析反射参考光和探测光， 得到反射的 层析反射延迟参考光和探测光； 处理反射的所述层析透射参考光和探测光， 得。

28、到反射的层 析透射延迟参考光和探测光。 0035 可选地， 其中， 所述成像光谱仪， 包括： 检测光接收光谱仪及光谱信息成像器； 其 中， 0036 所述检测光接收光谱仪， 与所述光谱信息成像器相连接， 在各个角度上接收所述 说明书 3/9 页 7 CN 111307285 A 7 超快事件参考光及超快事件探测光， 记录并进行频域干涉得到干涉条纹发送至所述光谱信 息成像器； 0037 所述光谱信息成像器， 与所述检测光接收光谱仪相连接， 通过所述干涉条纹， 利用 滤波反投影算法恢复超快事件的空间二维信息随时间变化的频域全息的二维光谱信息图 像。 0038 可选地， 其中， 该装置还包括： 聚焦。

29、透镜， 位于所述延迟线激发光路及超快事件位 置之间， 会聚所述超快事件激发光后发送至所述超快事件位置。 0039 可选地， 其中， 该装置还包括： 光束延时调整器， 包括： 激发光延时调整单元及探测 光延时调整单元； 其中， 0040 所述激发光延时调整单元， 与所述迈克尔逊干涉仪及探测光延时调整单元相连 接， 以预设的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪， 将所述倍频光经过所述分束片透射至调整的 所述迈克尔逊干涉仪处理， 得到参考光和探测光； 0041 所述探测光延时调整单元， 与所述激发光延时调整单元相连接， 根据所述时间间 隔调整延迟线激发光路和各个层析延迟光路， 使得所述基频光经过分束片反射至延。

30、迟线激 发光路处理， 得到的超快事件激发光与所述层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光同 步到达所述超快事件位置。 0042 本申请的多角度层析记录频域全息成像的方法及装置， 实现的有益效果至少如 下： 0043 (1)本申请的多角度层析记录频域全息成像的方法及装置， 采用层析合成记录二 维空间位相随时间变化的图像， 每个角度频域全息获取的是空间中一维方向的位相随着时 间的变化， 利用多个不同角度的频域全息结果合成， 得到整体的空间二维折射率的演化过 程， 利用频域飞秒全息成像技术时间维采样密、 分辨率高的优点， 同时克服了空间记录信息 少的缺点。 聚焦成像得到完整和清晰描述的二维光谱信息图像。

31、。 0044 (2)本申请的多角度层析记录频域全息成像的方法及装置， 使用扫描的方式记录， 实现了飞秒级高速成像无法实现的二维空间光谱信息获取。 采用多角度层析延迟光路产生 检测光携带超快事件信息完成光谱信息采样， 进而组合拼接成光束截面形成二维光谱信 息， 可以获得一维空间方向探测脉冲相位的时间变化， 进而得到超快过程中二维空间信息 随时间的演化过程。 附图说明 0045 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例， 对于本领域技术人员来讲， 还可以根据这。

32、些附图获得其他的附 图。 0046 图1为本发明实施例中一种多角度层析记录频域全息成像的方法的流程示意图； 0047 图2为本发明实施例中一种迈克尔逊干涉仪的结构示意图； 0048 图3为本发明实施例中一种延迟线光路的结构示意图； 0049 图4为本发明实施例中第二种多角度层析记录频域全息成像的方法的流程示意 图； 说明书 4/9 页 8 CN 111307285 A 8 0050 图5为本发明实施例中第三种多角度层析记录频域全息成像的方法的流程示意 图； 0051 图6为本发明实施例中第四种多角度层析记录频域全息成像的方法的流程示意 图； 0052 图7为本发明实施例中第五种多角度层析记录频。

33、域全息成像的方法的流程示意 图； 0053 图8为本发明实施例中一种多角度层析记录频域全息成像的装置的结构示意图； 0054 图9为本发明实施例中一种多角度层析记录频域全息成像的装置中层析延迟光路 的结构示意图； 0055 图10为本发明实施例中第二种多角度层析记录频域全息成像的装置的结构示意 图； 0056 图11为本发明实施例中第三种多角度层析记录频域全息成像的装置的结构示意 图。 具体实施方式 0057 下面结合本申请实施例中的附图， 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整 地描述， 显然， 所描述的实施例是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本申请 中的实施例， 本领域。

34、技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都 属于本申请保护的范围。 0058 实施例 0059 如图1至3所示， 图1为本实施例中一种多角度层析记录频域全息成像的方法的流 程示意图； 图2为本实施例中一种迈克尔逊干涉仪的结构示意图， 探测光和激发光的同步时 间控制可以通过调整延迟线来实现， 而参考光和探测光的先后时间， 是通过迈克尔逊两个 反射镜M1和M2相对于单波长分束器BS2的距离来调整的， 距离越远， 光传输的时间就久， 因 此产生时间差就越大。 图3为本实施例中一种延迟线光路的结构示意图。 本实施例中通过频 域-时域映射的方法， 记录时间维度连续变化的过程， 在超快。

35、成像领域具有很大的应用前 景， 频域数字全息采用光栅光谱仪记录， 狭缝限制使其只能获取空间中一个空间维度的折 射率积分量随时间的变化。 很难对整个变化过程做完整的成像和清晰的描述。 本实施例中 方法在频域数字全息成像方法的基础上， 通过空间记录维度的扩展， 发展出多角度层析记 录频域数字全息， 将频域全息的空间维度拓展至二维。 具体地， 该方法包括如下步骤： 0060 步骤101、 将飞秒激光器发出的飞秒激光经过倍频器处理， 得到基频光和倍频光； 倍频光经过激发光分束片透射至迈克尔逊干涉仪处理， 得到包含参考光和探测光； 基频光 经过激发光分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到超快事件激发光。。

36、 0061 可选地， 飞秒激光器发出的波长800nm的飞秒激光， 经过倍频器处理得到波长 800nm的基频光和波长400nm的倍频光， 激发光分束片为双波长的分束器， 可以透射波长 400nm的倍频光， 反射波长800nm的基频光。 0062 步骤102、 参考光和探测光经过大于或等于一个的层析分束器处理， 得到层析透射 参考光和探测光和层析反射参考光和探测光； 层析反射参考光和探测光经过反射镜反射 后， 进入层析延迟光路处理， 得到层析反射延迟参考光和探测光； 层析透射参考光和探测光 说明书 5/9 页 9 CN 111307285 A 9 进入层析延迟光路处理， 得到层析透射延迟参考光和探。

37、测光。 0063 步骤103、 层析反射延迟参考光及层析透射延迟参考光通过各自对应角度层析反 射镜反射后， 经过超快事件位置， 得到超快事件的超快事件参考光传输至成像光谱仪。 0064 迈克尔逊干涉仪， 包括： 针对倍频光的单波长分束器SubBS2和两个反射镜SubM1和 SubM2， 倍频光传播到SubBS2， 50的光由SubBS2反射到反射镜SubM1， 另外50的光透射过 SubBS2到达另一个反射镜SubM2。 这里就产生的两束光， 一束是SubBS2反射的， 一束是 SubBS2透射的， 然后这两束光都由各自的反射镜反射回到SubBS2， 原来从SubBS2反射的光， 经过SubM。

38、1反射后到达SubBS2并向下透射， 原来从SubBS2透射的光， 经SubM2反射回SubBS2 后反射， 这样这两束光又变成同一方向了， 但仍然是两束光， 再通过反射镜SubM3发送出， 其 中一束作为探测光或者物光(探测光/物光)， 另一束即为参考光。 0065 步骤104、 层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反 射镜反射后， 与超快事件激发光同时到达超快事件位置， 超快事件激发光激发产生超快事 件； 层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光通过超快事件， 产生携带超快事件信息的 超快事件探测光传输至成像光谱仪。 0066 延迟线光路的作用就是调整时间的， 由反射镜。

39、M2、 M3、 M4和M5组成， 可以往下调整 反射镜M3和反射镜M4， 来改变光走的路程。 这样调整几束光的延迟线， 第一， 保证每束光中 的探测光和激光事件的时间同步， 第二， 同时也保证不同光路中的探测光到达超快事件的 时间都一致。 0067 延迟后的参考光的时间比延迟后的激发光的时间靠前， 以产生超快事件的时间为 基准， 也就是在图中的不规则图样的地方， 一开始是没有产生超快事件的， 在激发这个事件 之前， 延迟后的参考光先通过产生超快事件的位置， 然后延迟后的激发光会激发事件， 同时 延迟后的探测光也到达产生超快事件的这个位置。 0068 延迟后的激发光激发超快事件的同时， 延迟后的。

40、探测光刚好到达产生超快事件的 这个位置， 那么延迟后的探测光通过这个超快事件， 也就携带了超快事件的信息， 可以至少 包括： 振幅信息和位相信息。 0069 步骤105、 超快事件参考光及超快事件探测光在成像光谱仪进行频域干涉， 得到频 域全息的二维光谱信息图像。 0070 在一些可选的实施例中， 如图4所示， 为本实施例中第二种多角度层析记录频域全 息成像的方法的流程示意图， 与图1中不同的是， 层析反射参考光和探测光经过反射镜反射 后， 进入层析延迟光路处理， 得到层析反射延迟参考光和探测光； 层析透射参考光和探测光 进入层析延迟光路处理， 得到层析透射延迟参考光和探测光， 为： 0071。

41、 步骤401、 层析反射参考光和探测光经过反射镜反射后， 进入层析延迟光路的层析 延迟分束器透射后经延迟光路， 得到透射的层析反射延迟参考光和探测光； 层析反射参考 光和探测光经过反射镜反射后， 进入层析延迟光路的层析延迟分束器反射后经延迟光路， 得到反射的层析反射延迟参考光和探测光。 0072 步骤402、 层析透射参考光和探测光进入层析延迟光路的层析延迟分束器透射后 经延迟光路， 得到透射的层析透射延迟参考光和探测光； 层析透射参考光和探测光进入层 析延迟光路的层析延迟分束器反射后经延迟光路， 得到反射的层析透射延迟参考光和探测 光。 说明书 6/9 页 10 CN 111307285 A。

42、 10 0073 在一些可选的实施例中， 如图5所示， 为本实施例中第三种多角度层析记录频域全 息成像的方法的流程示意图， 与图1中不同的是， 成像光谱仪根据超快事件参考光及超快事 件探测光进行频域干涉， 得到频域全息的二维光谱信息图像， 为： 0074 步骤501、 超快事件参考光及超快事件探测光在各自对应角度的成像单元上记录 并进行频域干涉， 得到干涉条纹。 0075 步骤502、 通过干涉条纹， 利用滤波反投影算法恢复超快事件的空间二维信息随时 间变化的频域全息的二维光谱信息图像。 0076 在一些可选的实施例中， 如图6所示， 为本实施例中第四种多角度层析记录频域全 息成像的方法的流程。

43、示意图， 与图1中不同的是， 层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测 光经过各自对应角度层析反射镜反射后， 与超快事件激发光同时到达超快事件位置， 超快 事件激发光激发产生超快事件， 为： 0077 步骤601、 超快事件激发光经过透镜聚焦得到会聚的超快事件激发光。 以能量集中 的超快事件激发光， 对空气进行激发产生等离子体， 也可以激发其它材料， 比如玻璃， cs2等 产生想要记录的超快过程。 0078 步骤602、 层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过各自对应角度层析反 射镜反射后， 与会聚的超快事件激发光同时到达超快事件位置， 会聚的超快事件激发光激 发产生超快事件。 0079 在一。

44、些可选的实施例中， 如图7所示， 为本实施例中第五种多角度层析记录频域全 息成像的方法的流程示意图， 与图1中不同的是， 倍频光经过分束片透射至迈克尔逊干涉仪 处理， 得到包含参考光和探测光； 基频光经过分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到超快 事件激发光， 为： 0080 步骤701、 以预设的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪， 将倍频光经过分束片透射至调 整的迈克尔逊干涉仪处理， 得到参考光和探测光。 0081 步骤702、 根据时间间隔调整延迟线激发光路和各个层析延迟光路， 使得基频光经 过分束片反射至延迟线激发光路处理， 得到的超快事件激发光与层析反射延迟探测光及层 析透射延迟探测光同步到。

45、达超快事件位置。 0082 可选地， 还可以设置为： 预先设定参考光和探测光之间时间间隔与不同超快事件 特性的对应关系， 在检测由不同物体或不同物体场景激发的超快事件时， 基于本次超快事 件特性选取对应的超快事件的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪。 优选地， 还可以结合神经网 络预先创建超快事件特性与参考光和探测光之间时间间隔的模型关系， 在进行超快事件检 测时， 自动根据模型关系得到对应的时间间隔调整迈克尔逊干涉仪。 0083 在一些可选的实施例中， 如图8至11所示， 图8为本实施例中一种多角度层析记录 频域全息成像的装置的结构示意图； 图9为本实施例中第二种多角度层析记录频域全息成 像的装置中。

46、层析延迟光路的结构示意图； 图10为本实施例中第二种多角度层析记录频域全 息成像的装置的结构示意图； 图11为本实施例中第三种多角度层析记录频域全息成像的装 置的结构示意图。 该装置可用于实施上述的多角度层析记录频域全息成像的方法， 具体地， 多角度层析记录频域全息成像的装置， 包括： 激发光发生器801、 层析检测光发生器802、 超 快事件参考光发生器803、 超快事件探测光发生器804及成像光谱仪805。 0084 其中， 激发光发生器801， 包括： 飞秒激光器811、 倍频器812、 激发光分束片813及迈 说明书 7/9 页 11 CN 111307285 A 11 克尔逊干涉仪8。

47、14； 飞秒激光器发出飞秒激光至倍频器， 倍频器处理飞秒激光得到基频光和 倍频光； 激发光分束片， 将倍频光透射至迈克尔逊干涉仪， 将基频光反射至延迟线激发光路 826处理， 得到超快事件激发光； 迈克尔逊干涉仪， 处理透射的倍频光， 得到包含参考光和探 测光。 图中M为反射镜， BS为分束片。 0085 层析检测光发生器802， 包括： 大于或等于一个的层析分束器821及层析延迟光路 822； 层析分束器， 透射参考光和探测光得到层析透射参考光和探测光和层析反射参考光和 探测光， 反射层析反射参考光和探测光， 经过反射镜反射后进入层析延迟光路； 层析延迟光 路822， 处理层析反射参考光和探。

48、测光， 得到层析反射延迟参考光和探测光， 处理层析透射 参考光和探测光， 得到层析透射延迟参考光和探测光。 0086 超快事件参考光发生器803， 将层析反射延迟参考光及层析透射延迟参考光通过 各自对应角度层析反射镜反射后， 经过超快事件位置， 得到超快事件的超快事件参考光传 输至成像光谱仪。 0087 超快事件探测光发生器804， 将层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光经过 各自对应角度层析反射镜反射后， 与超快事件激发光同时到达超快事件位置， 超快事件激 发光激发产生超快事件； 层析反射延迟探测光及层析透射延迟探测光通过超快事件， 产生 携带超快事件信息的超快事件探测光传输至成像光谱仪。。

49、 0088 成像光谱仪805， 将超快事件参考光及超快事件探测光进行频域干涉， 得到频域全 息的二维光谱信息图像。 0089 可选地， 该装置还包括： 聚焦透镜806， 位于延迟线激发光路及超快事件位置之间， 会聚超快事件激发光后发送至超快事件位置。 0090 在一些可选的实施例中， 层析延迟光路822， 包括： 层析延迟分束器823、 层析透射 延迟光路824及层析反射延迟光路825； 其中， 0091 层析延迟分束器823， 接收反射的层析反射参考光和探测光， 透射后发送至层析透 射延迟光路824， 反射后发送至层析反射延迟光路825； 接收透射的层析透射参考光和探测 光， 透射后发送至层。

50、析透射延迟光路824， 反射后发送至层析反射延迟光路825。 0092 层析透射延迟光路824， 处理透射的层析反射参考光和探测光， 得到透射的层析反 射延迟参考光和探测光； 处理透射的层析透射参考光和探测光， 透射的层析透射延迟参考 光和探测光。 0093 层析反射延迟光路825， 处理反射的层析反射参考光和探测光， 得到反射的层析反 射延迟参考光和探测光； 处理反射的层析透射参考光和探测光， 得到反射的层析透射延迟 参考光和探测光。 0094 在一些可选的实施例中， 如图10所示， 成像光谱仪805， 包括： 大于或等于一个的检 测光接收光谱仪851及光谱信息成像器852。 其中， 检测光。