基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法与流程

1.本技术涉及超快光学的技术领域，尤其涉及一种基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法。


背景技术：

2.获取原子时间(1ps
‑
10fs)的动力学图像是长期以来人们研究的热点问题，是探索物理、化学、生物等基础科学中基本机理形成的主要手段。同时，在工业，国防，能源和医学等领域中，对超快过程的观测、诊断具有广泛的实用价值。
3.为了获得高时空分辨率的超快光学图像，近几十年来提出了许多超快成像技术，通常，泵浦
‑
探测(pump
‑
probe)方法被认为是最广泛最普遍的探测技术，其通过多次重复测量捕获超快事件的动态过程，但仅适用于周期性重复发生的超快事件，然而，很多超快过程是非重复性的，如不可逆化学反应、冲击波的形成过程、激光核聚变过程等。为了克服pump
‑
probe技术的局限性，单次测量超快光学成像技术成为近些年来的重要研究方向，目前代表性的技术有压缩超快摄影(cup)、全光时序分幅摄影(stamp)等。其中cup由于过低的空间分辨率难以应用在实际测量中，stamp是一种基于光谱编码的超快成像技术，原始stamp成像装置由于结构复杂，实验成本昂贵，且单次探测仅获得6幅图像；光谱滤波型(sf)
‑
stamp通过光谱滤波技术单次测量虽然获得25幅图像，但是成像光通量严重退化，造成图像对比度太低；为了解决成像系统光通量退化的问题，目前，微透镜型(la)
‑
stamp结合一对非平行反射镜产生离散的光谱编码脉冲串和微透镜阵列取样，虽然这种设计改善了成像系统光通量退化问题，导致单次测量摄影频率限定在109幅/秒(fps)量级，而且仅获得7幅时序图像，无法获取原子时间(1ps
‑
10fs)的动力学图像，同时，系统需要精准调节，结构也变得较为复杂，且降低了系统的稳定性。
4.因此，如何提供一种能够简化微透镜型(la)
‑
stamp系统结构，同时降低实验成本并提高摄影频率的方案是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，可以简化微透镜型(la)
‑
stamp系统结构，同时降低了实验成本，并提高摄影频率至10
12
幅/秒(fps)，同时单次测量获取画幅数≥10，进而扩展了系统的应用范围。
6.为达到上述目的，本技术提供一种基于全光网格原理的原子时间成像装置，包括：飞秒激光放大器、楔片分束器、倍频及垂直偏振系统、展宽整形延迟系统、显微物镜及网格分幅相机；其中，
7.所述飞秒激光放大器，发出的飞秒激光至所述楔片分束器，所述楔片分束器，处理所述飞秒激光得到透射的探测光和反射的激发光；
8.所述倍频及垂直偏振系统，接收所述激发光进行倍频及垂直偏振处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件；
9.所述展宽整形延迟系统，接收所述探测光进行展宽整形延迟处理后，得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光；
10.所述显微物镜，接收照射所述目标后的所述基频探测光，进行放大处理后传送至所述网格分幅相机；
11.所述网格分幅相机，接收放大处理后的目标，并对目标进行取样形成网格像，网格像经过光谱
‑
空间线性映射后在像面形成光谱色散的网格像，利用系统标定的方法提取单波长网格像，最后通过傅里叶算法重建超快过程。
12.可选地，其中，所述网格分幅相机，包括：物镜、微透镜阵列、准直透镜、光栅、傅里叶透镜及像面；其中，
13.所述物镜，把基频线性啁啾脉冲i(x,y,t(λ)
i
)照明的目标成像在微透镜阵列面上形成中间像，目标可表示为离散的画幅序列o(x,y,t
i
)i＝1,2,
…
n，其中，x、y表示二维平面位置坐标，t(λ)
i
表示时间，λ表示探测光波长，i为时刻点标记；
14.所述微透镜阵列，微透镜阵列取样所述目标形成网格像r(x,y,λ
i
)i＝1,2,
…
n单波长网格像表示为：
15.r(x,y,λ
i
)＝s(x,y)o(x,y,λ
i
)i(x,y,λ
i
)，其中，所述s(x,y)是微透镜阵列的取样模式，o(x,y,λ
i
)表示超快过程，i(x,y,λ
i
)表示探测光光强分布；
16.所述准直透镜，位于所述微透镜阵列与光栅之间，将所述画幅序列导入所述光栅；
17.所述光栅，放置于4f光学系统的傅里叶面，光谱色散的网格像成像于ccd探测面，在ccd探测面上单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)表示为：
18.其中，d和f分别为光栅常数和傅里叶透镜焦距，x
″
、y
″
分别表示ccd探测面位置的x轴、y轴坐标；
19.所述傅里叶透镜，转换光谱色散的网格像至像面，提取单波长网格像并导入所述像面；
20.所述像面上，ccd探测面上光谱色散的网格像表示为：
21.从光谱色散网格像r(x
″
,y
″
)中提取单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)；
22.重建超快过程o(x,y,t
i
)表示为：
23.其中，和h分别表示傅里叶变换和滤波算子，光栅色散轴沿x轴，在实际光学成像系统中，为了避免光谱色散网格像元相互重合，沿垂直与光轴平面旋转光栅色散轴与x轴成特定角度。
24.可选地，其中，所述倍频及垂直偏振系统，包括：非线性倍频晶体bbo、半波片hwp及球面凸透镜；其中，
25.所述非线性倍频晶体bbo，接收所述激发光并将波长转换为倍频激发光传输至所述半波片hwp；
26.所述半波片hwp，控制所述倍频激发光与探测光偏振方向互相垂直，并导入所述球面凸透镜；
27.所述球面凸透镜，为(l3,f＝25mm)球面凸透镜，将垂直偏振处理后的所述倍频激发光聚焦到目标激发超快事件。
28.可选地，其中，所述展宽整形延迟系统，包括：时序时间模块stm、光谱整形模块ssm及延迟线；其中，
29.所述时序时间模块stm，由一对高色散棱镜组成，接收探测光并展宽为脉宽为6ps的线性啁啾脉冲；
30.所述光谱整形模块ssm，接收所述线性啁啾脉冲处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲；
31.所述延迟线，接收所述探测脉冲并处理得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光。
32.可选地，其中，所述光谱整形模块ssm，由一对反射光栅1200lp/mm、两个球面凸透镜f＝75mm组成的4f零色散系统以及放置于傅里叶面的可调谐狭缝组成，接收所述线性啁啾脉冲处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲。
33.另一方面，本发明还提供一种基于全光网格原理的原子时间成像方法，包括：
34.将飞秒激光放大器发出的高功率激光经过楔片分束器处理，分为透射的探测光和反射的激发光；
35.所述激发光通过倍频垂直偏振系统处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件；
36.所述探测光通过展宽整形延迟系统处理后，得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光；
37.所述基频探测光照射所述目标后，经过显微物镜放大后进入网格分幅相机，按照网格分幅相机的取样和分幅功能，利用系统标定的方法提取单波长网格像，最后通过傅里叶算法重建超快过程。
38.所述超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件，形成离散的画幅序列o(x,y,t
i
)i＝1,2,
…
n，其中，x、y表示二维平面位置坐标，t(λ)
i
表示时间，λ表示探测光波长，i为时刻点标记；所述基频探测光的线性啁啾脉冲i(x,y,t(λ)
i
)照射所述目标的超快过程；
39.所述目标通过物镜成像在微透镜阵列面上作为中间像，微透镜阵列取样所述目标形成网格像r(x,y,λ
i
)i＝1,2,
…
n，单波长网格像表示为：
40.r(x,y,λ
i
)＝s(x,y)o(x,y,λ
i
)i(x,y,λ
i
)，其中，所述s(x,y)是微透镜阵列的取样模式，o(x,y,λ
i
)表示超快过程，i(x,y,λ
i
)表示探测光光强分布；网格像通过4f光学系统成像于ccd探测阵列面，在4f系统傅里叶面上放置透射光栅，则光谱色散的网格像成像于ccd探测面，在ccd探测面上单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)表示为：
41.其中，d和f分别为光栅常数和傅里叶透镜焦距，x
″
、y
″
分别表示ccd探测面位置的x轴、y轴坐标；因此，ccd探测面上光谱色散的网格像表示为：
42.从光谱色散网格像r(x
″
,y
″
)中提取单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)；
43.重建超快过程o(x,y,t
i
)表示为：
44.其中，和h分别表示傅里叶变换和滤波算子，光栅色散轴沿x轴，在实际光学成像系统中，为了避免光谱色散网格像元相互重合，沿垂直与光轴平面旋转光栅色散轴与x轴成特定角度。
45.可选地，其中，所述激发光通过倍频及垂直偏振系统处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件，为：
46.所述激发光通过非线性倍频晶体bbo将波长转换为倍频激发光；
47.通过半波片hwp控制所述倍频激发光与探测光偏振方向互相垂直；
48.垂直偏振处理后的所述倍频激发光经过球面凸透镜(l3,f＝25mm)聚焦到目标激发超快事件。
49.可选地，其中，所述探测光通过展宽整形延迟系统处理后，得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光，为：
50.所述探测光通过高色散棱镜组成的时序时间模块stm，展宽为预设脉宽为的线性啁啾脉冲；
51.所述线性啁啾脉冲通过光谱整形模块ssm处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲；
52.所述探测脉冲再经过延迟线处理得到与所述超快事件激发光同步的基频探测光。
53.可选地，其中，所述光谱整形模块ssm，由一对反射光栅1200lp/mm、两个球面凸透镜f＝75mm组成的4f零色散系统以及放置于傅里叶面的可调谐狭缝组成。
54.本技术的基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，实现的有益效果至少如下：
55.(1)本技术的基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，与现有微透镜型(la)
‑
stamp相比，本发明采用高色散棱镜对作为展宽器，使得结构更加简单稳定，提升了系统的稳定性，同时降低了实验成本。
56.(2)本技术的基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，采用4f零色散光谱整形结构用于系统标定，保证了测量数据的可靠性。
57.(3)本技术的基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，按照网格像像元进行分幅成像，摄影频率达到10
12
幅/秒(fps)量级，12幅高空间分辨图像，单次可捕获原子时间(10fs
‑
1ps)原子/分子动力学图像。
58.(4)本技术的基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，利用简单结构高色散棱镜对作为展宽器产生飞秒量级时间分辨率的啁啾脉冲，根据光谱
‑
时间
‑
空间位置线性映射关系，按照网格像像元进行分幅成像，摄影频率可达10
12
幅/秒(fps)量级，画幅数≥10，同时，利用傅里叶算法使得图像重建过程更加快速、简单，误差小。
附图说明
59.为了更清楚地说明本技术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技术中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
60.图1为本发明实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像装置的结构示意
图；
61.图2为本发明实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像装置中orp基于网格取样原理和光谱
‑
时间编码技术的图像取样理论示意图；
62.图3为本发明实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像装置中orp基于网格取样原理和光谱
‑
时间编码技术的orp原理示意图；
63.图4为本发明实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像装置中网格分幅相机rfc光路示意图；
64.图5为本发明实施例中没有目标时的原始光谱色散的网格像的示意图；
65.图6为本发明实施例图5中虚线框中的细节放大图像的示意图；
66.图7为本发明实施例基于全光网格原理的原子时间成像装置中利用傅里叶算法重建光谱子带宽图像的示意图；
67.图8为本发明实施例基于全光网格原理的原子时间成像装置中高色散棱镜的工作原理示意图
68.图9为本发明实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图；
69.图10为本发明实施例中第二种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图；
70.图11为本发明实施例中第三种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图；
71.图12为本发明实施例中第四种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图。
具体实施方式
72.下面结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域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，都属于本技术保护的范围。
73.实施例
74.探测原子时间(1ps
‑
10fs)的动力学过程是长期以来人们研究的热点问题，是探索物理、化学、生物等基础科学中基本机理形成的主要手段。同时，在工业，国防，能源和医学等领域中，对超快过程的观测、诊断具有广泛的实用价值。
75.为了获得高时空分辨率的超快光学图像，近几十年来提出了许多超快成像技术，通常，泵浦
‑
探测(pump
‑
probe)方法被认为是最广泛最普遍的探测技术，其通过多次重复测量捕获超快事件的动态过程，但仅适用于周期性重复发生的超快事件，然而，很多超快过程是非重复性的，如不可逆化学反应、冲击波的形成过程、激光核聚变过程等。为了克服pump
‑
probe技术的局限性，单次超快光学成像技术成为近年来的重要研究方向，“单次”指可实时捕获事件的超快动态过程，如超快分幅相机、压缩超快摄影(cup)、全光时序分幅摄影(stamp)、多次曝光频率识别法(frame)、非共线光参量放大法(ncopa)等超快摄影技术。其中，超快分幅相机摄影频率可达到108幅/秒(fps)，纳秒(10
‑9s)量级时间分辨率,压缩超快
摄影(cup)技术，通过伪随机编码、结合条纹相机与压缩感知算法，单次成像获得摄影频率大于10
11
fps的时序图像，由于探测事件的稀疏性以及事件信息在条纹相机探测面的时空混合叠加效应的限制，过低的空间分辨率难以应用在实际测量中；多次曝光频率识别法(frame)利用结构光编码，单次摄影记录4幅时序图像，摄影频率5
ⅹ
10
12
fps，空间分辨率15lp/mm，画幅数由于与空间分辨率相互制约无法进一步提高；非共线光参量放大法(ncopa)单次摄影获得4幅时序图像摄影频率10
13
fps，空间分辨率大于30lp/mm，画幅数受脉冲能量的限制；全光时序分幅摄影(stamp)采用光谱编码的方法，单次获得6幅时序图像，摄影频率4.4
ⅹ
10
12
fps，由于受测不准关系制约，曝光时间远大于分幅时间，相邻画幅信息重叠率很高，有效摄影频率1.4
ⅹ
10
12
fps。鉴于此，我们有必要发展一种具有高时空分辨、高摄影频率/多画幅的成像技术。
76.本文结合网格取样原理和光谱
‑
时间编码技术(orp)，提出一种新型的高时空分辨、高摄影频率/多画幅的超快全光单次网格成像技术。orp技术以其独特的优势，可应用于单次探测飞秒量级原子分子动力学过程，如激光诱导等离子体、激光损伤中的冲击波、激光惯性约束核聚变等。
77.本实施例中提出一种基于网格原理的全光单次超快摄影技术opr，该技术能够实时探测原子分子动力学过程，该系统由序列时间模块(stm)、光谱整形模块(ssm)和网格分幅相机(rfc)组成。stm和ssm分别用于光谱
‑
时间线性编码和系统标定，rfc用于取样成像目标和分幅成像。该系统目前单次测量摄影频率可达2
×
10
12
幅/秒(fps),空间分辨率90lp/mm,重建数据立方1236
×
1626
×
12，opr以其独特优势可获取原子时间(10fs～1ps)高时空分辨光学图像，如激光诱导等离子体、激光损伤中的冲击波、激光惯性约束核聚变等。
78.如图1至图8所示，图1为本实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像装置(orp)的结构示意图；图2为本实施例中图像取样理论示意图；图3为本实施例中orp原理示意图；图4为本实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像装置中网格分幅相机rfc光路示意图；图5为本实施例中没有目标时的原始光谱色散的网格像的示意图；图6为本实施例图5中虚线框中的细节放大图像的示意图；图7为本实施例基于全光网格原理的原子时间成像装置中利用傅里叶算法重建光谱子带宽图像的示意图；图8为本实施例基于全光网格原理的原子时间成像装置中高色散棱镜的工作原理示意图。具体地，该基于全光网格原理的原子时间成像装置，其特征在于，包括：飞秒激光放大器101、楔片分束器102、倍频垂直偏振系统103、展宽整形延迟系统104、显微物镜105及网格分幅相机106。
79.其中，飞秒激光放大器101，发出的飞秒激光至楔片102分束器，楔片分束器，处理飞秒激光得到透射的探测光和反射的激发光。
80.倍频垂直偏振系统103，接收激发光进行倍频垂直偏振处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件。
81.展宽整形延迟系统104，接收探测光进行展宽整形延迟处理后，得到与超快事件激发光同步的基频探测光。
82.显微物镜105，接收照射目标后的基频探测光，进行放大处理后传送至网格分幅相机。
83.网格分幅相机106，接收放大处理后的目标，并对目标进行取样形成网格像，网格像经过光谱
‑
空间线性映射后在像面形成光谱色散的网格像，利用系统标定的方法提取单
波长网格像，最后通过傅里叶算法重建超快过程。
84.在一些可选的实施例中，网格分幅相机，包括：物镜、微透镜阵列、准直透镜、光栅、傅里叶透镜及像面；其中，
85.物镜，把基频线性啁啾脉冲i(x,y,t(λ)
i
)照明的目标成像在微透镜阵列面上形成中间像，目标可表示为离散的画幅序列o(x,y,t
i
)i＝1,2,
…
n，其中，x、y表示二维平面位置坐标，t(λ)
i
表示时间，λ表示探测光波长，i为时刻点标记。
86.微透镜阵列，微透镜阵列取样所述目标形成网格像r(x,y,λ
i
)i＝1,2,
…
n单波长网格像表示为：
87.r(x,y,λ
i
)＝s(x,y)o(x,y,λ
i
)i(x,y,λ
i
)，其中，s(x,y)是微透镜阵列的取样模式，o(x,y,λ
i
)表示超快过程，i(x,y,λ
i
)表示探测光光强分布；
88.准直透镜，位于微透镜阵列与光栅之间，将画幅序列导入光栅；
89.光栅，放置于4f光学系统的傅里叶面，光谱色散的网格像成像于ccd探测面，，在ccd探测面上单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)表示为：
90.其中，d和f分别为光栅常数和傅里叶透镜焦距，x
″
、y
″
分别表示ccd探测面位置的x轴、y轴坐标；
91.傅里叶透镜，转换光谱色散的网格像至像面；
92.像面上，ccd探测面上光谱色散的网格像表示为：
93.从光谱色散网格像r(x
″
,y
″
)中提取单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)；
94.重建超快过程o(x,y,t
i
)表示为：
95.其中，和h分别表示傅里叶变换和滤波算子，光栅色散轴沿x轴，在实际光学成像系统中，为了避免光谱色散网格像元相互重合，沿垂直与光轴平面旋转光栅色散轴与x轴成特定角度。
96.在一些可选的实施例中，倍频垂直偏振系统，包括：非线性倍频晶体bbo、半波片hwp及球面凸透镜；其中，
97.非线性倍频晶体bbo，接收激发光并将波长转换为倍频激发光传输至半波片hwp；
98.半波片hwp，控制倍频激发光与探测光偏振方向互相垂直，并导入球面凸透镜；
99.球面凸透镜，为(l3,f＝25mm)球面凸透镜，将垂直偏振处理后的倍频激发光聚焦到目标激发超快事件。
100.在一些可选的实施例中，展宽整形延迟系统，包括：时序时间模块stm、光谱整形模块ssm及延迟线；其中，
101.时序时间模块stm，由一对高色散棱镜组成，接收探测光并展宽为脉宽为6ps的线性啁啾脉冲；
102.光谱整形模块ssm，接收线性啁啾脉冲处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲；
103.延迟线，接收探测脉冲并处理得到与超快事件激发光同步的基频探测光。
104.在一些可选的实施例中，光谱整形模块ssm，由一对反射光栅1200lp/mm、两个球面
凸透镜f＝75mm组成的4f零色散系统以及放置于傅里叶面的可调谐狭缝组成，接收线性啁啾脉冲处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲。
105.如图9所示，为本实施例中一种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图，该方法可以通过上述的基于全光网格原理的原子时间成像装置来实施。具体地，该方法包括如下步骤：
106.步骤901、将飞秒激光放大器发出的高功率激光经过楔片分束器处理，分为透射的探测光和反射的激发光。
107.步骤902、激发光通过倍频垂直偏振系统处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件。
108.步骤903、探测光通过展宽整形延迟系统处理后，得到与超快事件激发光同步的基频探测光。
109.步骤904、接收放大处理后的目标，并对目标进行取样形成网格像，网格像经过光谱
‑
空间线性映射后在像面形成光谱色散的网格像，利用系统标定的方法提取单波长网格像，最后通过傅里叶算法重建超快过程。
110.在一些可选的实施例中，如图10所示，为本实施例中第二种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图，与图9中不同的是，利用傅里叶算法重建超快过程形成光谱子带宽图像，为：
111.步骤1001、超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件，形成离散的画幅序列o(x,y,t
i
)i＝1,2,
…
n；基频探测光的线性啁啾脉冲i(x,y,t(λ)
i
)照射目标的超快过程。
112.目标通过物镜成像在微透镜阵列面上作为中间像，微透镜阵列取样目标形成网格像r(x,y,λ
i
)i＝1,2,
…
n单波长网格像表示为：
113.r(x,y,λ
i
)＝s(x,y)o(x,y,λ
i
)i(x,y,λ
i
)，其中，s(x,y)是微透镜阵列的取样模式。
114.步骤1002、网格像通过4f光学系统成像于ccd探测阵列面，在4f系统傅里叶面上放置透射光栅，则光谱色散的网格像成像于ccd探测面，在ccd探测面上单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)表示为：
115.其中，d和f分别为光栅常数和傅里叶透镜焦距，因此，ccd探测面上光谱色散的网格像表示为：
116.从光谱色散网格像r(x
″
,y
″
)中提取单波长网格像r(x
″
,y
″
,λ
i
)。
117.步骤1003、重建超快过程o(x,y,t
i
)表示为：
118.其中，和h分别表示傅里叶变换和滤波算子，光栅色散轴沿x轴，在实际光学成像系统中，为了避免光谱色散网格像元相互重合，沿垂直与光轴平面旋转光栅色散轴与x轴成特定角度。
119.在一些可选的实施例中，如图11所示，为本实施例中第三种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图，与图9中不同的是，激发光通过倍频垂直偏振系统处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件，为：
120.步骤1101、激发光通过非线性倍频晶体bbo将波长转换为倍频激发光。
121.步骤1102、通过半波片hwp控制倍频激发光与探测光偏振方向互相垂直。
122.步骤1103、垂直偏振处理后的倍频激发光经过球面凸透镜(l3,f＝25mm)聚焦到目标激发超快事件。
123.在一些可选的实施例中，如图12所示，为本实施例中第四种基于全光网格原理的原子时间成像方法的流程示意图，与图9中不同的是，探测光通过展宽整形延迟系统处理后，得到与超快事件激发光同步的基频探测光，为：
124.步骤1201、探测光通过高色散棱镜组成的时序时间模块stm，展宽为预设脉宽为的线性啁啾脉冲。
125.步骤1202、线性啁啾脉冲通过光谱整形模块ssm处理，得到预设光谱带宽的探测脉冲。
126.步骤1203、探测脉冲再经过延迟线处理得到与超快事件激发光同步的基频探测光。
127.可选地，光谱整形模块ssm，由一对反射光栅1200lp/mm、两个球面凸透镜f＝75mm组成的4f零色散系统以及放置于傅里叶面的可调谐狭缝组成。在一些具体的实例中，orp系统装置上图所示，飞秒放大激光系统(脉冲宽度35fs,重复频率1khz,中心波长800nm,单脉冲能量2.5mj)输出的高功率激光经过楔片分束器(99:1)分为透射的探测光和反射的激发光，激发光通过非线性倍频晶体bbo将波长转换为400nm，半波片hwp控制探测光和激发光偏振方向互相垂直，倍频光(400nm)经过球面凸透镜(l3,f＝25mm)聚焦到样品中激发超快事件。探测光通过时序时间模块(stm)(一对高色散棱镜组成)展宽为脉宽为6ps的线性啁啾脉冲，然后通过光谱整形模块(ssm)(由一对反射光栅1200lp/mm,两个球面凸透镜f＝75mm组成的4f零色散系统以及放置于傅里叶面的可调谐狭缝组成)，延迟线调节探测光和激发光同步，出射的探测光照明目标，经过显微物镜(5x)放大进入网格分幅相机(rfc)，放大是目标像通过相机物镜成像于微透镜阵列面(尺寸：12mm
×
12mm；数目:300
×
300；微透镜直径40um；焦距220um；na＝0.18；相邻透镜间隔40um)，作为中间像，微透镜阵列作为取样板对中间像进行取样形成网格像，探测脉冲通过准直透镜(f＝50mm)入射到放置于傅里叶面的衍射光栅(50lp/mm)上，最后，通过傅里叶透镜(f＝75mm)成像于ccd相机(1626
×
1236像素，像素尺寸～4.4
×
4.4μm)探测面，为了避免光谱色散像元重合，调节光谱整形模块中的狭缝宽度至4.5mm，选择光谱带宽28nm(782
‑
810nm)的探测脉冲，同时，调节光栅色散轴与x轴夹角～26.5
°
，图5中是没有目标时的原始光谱色散的网格像，图6是图5中虚线框中的细节放大图像，为了标定orp的特性，调节ssm的狭缝宽度至0.375mm,选择探测光光谱子带宽～2.3nm(近似单波长)，对应的网格像像元大小约为2个ccd合并像素大小(8.8um),如图7所示，网格像像元尺寸大于微透镜衍射极限，同时光栅的光谱分辨率小于光谱子带宽，因此，分幅时间为δt＝ηδλ＝500fs(啁啾参数η＝0.22ps/nm)，对每个单波长网格图像进行傅里叶算法重建并得到超快过程，每幅图像像素数为1236
×
1626，类似地，沿ssm模块傅里叶面移动调谐狭缝宽度和位置(狭缝宽度0.375，移动步长0.375mm)，可获得标定的数据立方1236
×
1626
×
12(画幅数n＝ceil((λ
max
‑
λ
min
)/δλ))，在单次探测模式，我们通过光谱
‑
空间位置标定的网格像提取12幅时序网格图像，通过傅里叶算法重建超快过程。
128.为了实现opr系统的最优性能，设计最佳的参数是必要的，本系统中，分幅曝光时
间取决于原始傅里叶变换极限脉冲和线性啁啾脉冲的子带宽，根据公式存在一个优化的曝光时间约460fs，这里t0是原始傅里叶变换极限脉冲脉宽，t
c
是线性啁啾脉冲脉宽，为了得到最好的图像质量，时间信息修正因子g
2/3
(g＝τ
f
/τ,τ
f
为分幅时间)应当大于1，在opr系统中，由于分幅时间τ
f
＝500fs,因此g
2/3
～1.06，避免了相邻图像信息重叠。系统空间分辨率主要取决于显微系统放大倍数和网格像像元间距(本系统为60um),如图5
‑
7所示，图5和图6分别显微放大10倍时的光谱子带宽网格像和单幅重建图像，从重建图像看看出，空间分辨率可达90lp/mm，图7显微放大倍数和空间分别率的关系图。
129.此外，更小网格像像元尺寸可以获得更高的摄影频率和更多的画幅数，在这种情况下，由于图像高频信息的丢失导致空间分辨率的下降。
130.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。