基于飞秒超短脉冲激光的超快成像系统研究

摘要

从激光的诞生，再到其不断的短脉冲化，再到发展到飞秒量级的超短脉冲激光已经是很成熟的技术了。而且针对飞秒激光脉冲的各种特性，在工业、医疗和科研领域都有着很广泛的应用。由于飞秒超短脉冲激光有着非常高的时间分辨率，其在超快探测领域也有着非常重要的应用。在2004年一种时序全光的映射摄影系统被提出，其方法便是通过对飞秒超短脉冲激光照明光源进行调制，通过脉冲展宽系统将入射的飞秒激光脉冲进行展宽，然后通过脉冲整形系统将展宽后的激光脉冲切割成六个子脉冲串，让六个子脉冲串对所要探测的超快过程进行照明，再通过脉冲空间调制系统将六个自脉冲在空间上分离开来，然后照射在CCD的不同位置进行图像采集，便可一次采集多幅图像，从而可以得到在时间分辨率上特别高的动态成像效果。本文采用此技术思想，在理论上和实验上做了分析研究，主要工作内容如下：
　　（1）本文主要部分是对飞秒超短脉冲激光作为照明光源的调制，获得所需要的调制脉冲，并搭建成像系统对超快过程进行图像采集。首先对入射的25fs激光脉冲利用固体介质展宽的方法将其展宽到27ps。
　　（2）搭建了基于纯相位型液晶空间光调制器的光学4f脉冲整形光路对展宽后的皮秒脉冲进行整形调制，获得了六个脉宽为900飞秒，脉冲时间间隔为4.5ps的子脉冲。
　　（3）搭建了脉冲空间调制光路对整形后的六路子脉冲进行空间分离。
　　（4）本文设计了一个静态的成像实验，通过对一个透明分划板上的刻度线进行成像实验，通过两个光束提升器，最终一次曝光拍到了两张分划板上刻度线的图像，图像比较清晰，由此验证了整个成像系统的可行性。
　　（5）本文初步开展了动态成像的实验研究，以泵浦光电离空气分子产生等离子体的超快过程作为研究对象。首先对成像光路进行调试，在一次曝光下，将光路静态调整到可以同时接收到六个子脉冲的光斑。暂时还未拍到该超快过程的动态信息，于是对整个实验系统做了分析和总结，思考出了实验所存在的问题，对下一步工作做出了计划。

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第一章 绪论

1.1飞秒超短脉冲激光技术概述

1.2飞秒超短脉冲激光在超快探测中的应用

1.3超快成像技术的研究背景

1.4基于飞秒超短脉冲激光的超快成像系统

1.5本实验所用到的飞秒超短脉冲激光器参数

1.6本文的研究内容及章节安排

第二章 超短激光脉冲展宽器的理论分析及实验研究

2.1超短激光脉冲展宽的理论分析

2.2脉冲展宽器的比较选择

2.3飞秒超短脉冲展宽的理论计算

2.4脉冲展宽实验光路的搭建

2.5本章小结

第三章 飞秒超短激光脉冲的相位调制与整形

3.1飞秒超短激光脉冲整形技术介绍

3.2基于纯相位型液晶空间光调制器的脉冲整形系统

3.3整形光路的搭建

3.4液晶空间光调制器的编程

3.5本章小结

第四章 飞秒激光子脉冲的空间调制

4.1对飞秒激光子脉冲进行空间调制的目的

4.2基于光束提升器阵列的空间调制方案

4.3对光束提升器的优化设计

4.4实验光路搭建注意事项

4.5本章小结

第五章 静态成像实验和动态成像实验研究

5.1本系统中显微成像的原理

5.2静态成像实验研究

5.3动态成像实验研究

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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