飞秒脉冲全息层析装置制造方法及图纸

一种飞秒脉冲全息层析装置，包括飞秒激光器（１），其特征在于还有第一半透半反射膜板（２）、第一反射镜（３）、由全反射膜板（４、５、６、７）组成的光学延迟线、第二全反射膜板（８）、待测样品（９）、第二半透半反射膜板（１０）、探测器（１１）、计算器（１２）和三维平台（１３），其位置关系是：所述的待测样品（９）置放在三维平台（１３）上，沿飞秒激光器（１）发出的激光束的前进方向设有第一半透半反射膜板（２），激光束经第一半透半反射膜板（２）被分成透射光束和反射光束，其透射光束经第一反射镜（３）、光学延迟线和第二半透半反射膜板（１０）投射至探测器（１１）上，其反射光束经第二全反射膜板（８）、待测样品（９）和第二半透半反射膜板（１０）透射到探测器（１１）上与透射光束干涉构成的全息图，再送计算器（１２）。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是关于一种飞秒脉冲全息技术，特别是一种飞秒脉冲全息层析装置，它能应用于生物、医学和材料科学等诸多

技术介绍
自从二十世纪九十年代以来，激光技术得到了长足的发展。如今可直接从单一的激光光源中获得脉宽小于10fs、1012W量级的飞秒激光脉冲。这些超高功率飞秒激光脉冲被聚焦后，激光强度可以高于1020W/cm2，它相当于将所有照射到地球上的太阳辐射聚焦到针尖大小的小孔上所获得的光强度。由于激光器的规模主要取决于脉冲的能量水平，利用飞秒超短脉冲，相对较小的激光装置就可以提供极高峰值功率的脉冲。整套激光装置可安装在一个常规的光学平台上，其聚焦后的电场强度足以剥离原子内层的电子，从而使人类有了可以彻底改变和控制物质中电子的运动，并进而改变物质性质和状态的能力。而且，许多传统的物理概念将受到极大的冲击，给天体物理、材料科学、等离子体物理、激光核聚变、原子核物理、非线性光学、相对论物理、凝聚态物理、激光物理、加速器物理、高能物理及其它应用学科带来新的机遇和挑战。高功率超快飞秒激光器的发展，特别是飞秒激光器的商品化，也给全息术带来了新的机遇。采用飞秒激光脉冲纪录全息图研究各种超快过程，已取得了许多有意义的结果。然而一个令人不满的结果是，这些飞秒激光器的线宽都在5nm以上，并且脉冲越短，线宽越宽，所能纪录到的干涉条纹总数往往少于100条，这些结果都大大影响了全息图的数值孔径角和分辨率。我们知道全息具有三维重构特性，需要在各个方向都得到近似相同的分辨率。如果将一个物体的透过率函数分解为不同的空间频率成份，当一束波矢量为K0的平面波入射时，会与某个波长为K的周期结构相互作用而产生弹性散射，根据布拉格法则，我们可以得到纵向分辨率为δE≈λsin2α≈δxλsinα]]>从上式可以看到，在数值孔径sinα约等于1时，纵向分辨率δE与纵向分辨率δx相等，而在实际条件下，由于飞秒脉冲全息图的数值孔径角很小，因此，飞秒脉冲全息纵向分辨率很差。现在我们来讨论一下层析成像。层析成像亦称计算机断层扫描或投影图像重现术等，简称CT(Computer Tomography)。用一句简单的话来说，就是借助物体的多重投影，采用计算机技术来恢复物体的三维图像。由于从投影数据还原三维结构需要进行大量的数值计算，因此这一技术从一开始就与计算机紧密相连，并被称为计算机辅助断层成像技术，简称CT。近年来，它的应用远远超过医学和生命科学范畴，已涉及材料科学、信息科学及许多工业应用领域，并正向人们显示它巨大的潜在的多学科的应用前景。CT的成像方法完全不同于常规摄影成像。普通摄影是将三维空间的图像投影到一个二维平面上，即图像上每一点是被测物体沿着观察方向的线积分。因此从一张普通的照片得不到物体的深度分布信息，因为各深度的图像叠合在一起，使图像模糊不清。层析特别是X-CT，解决了医学对肌体逐层成像的问题。它能将衰减系数在千分之五的差异区分出来，所以具有高密度分辨率，可以清楚地辨别肿瘤、血块、坏死组织等。由于近代计算机技术和光学信息处理技术的发展，使得层析成像技术获得更广泛的应用。层析成像的物理原理是基于光线与物质的相互作用。光线通过吸收系数为μ，厚度为1的介质，其衰减应遵守比尔(Beer)定律。这种成像技术存在两个缺点1、为了重建图像，物体要进行多次曝光，这对于敏感的生物样品而言，可能会对样品结构造成破坏；2、由于不可避免的衍射效应，图像恢复时会造成误差。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于克服在先技术的不足，提供一种飞秒脉冲全息层析装置。本技术的技术构思是由于飞秒全息受到脉冲光源线宽的限制，再现时，图像纵向分辨率很低，基本上都是二维图像。如果我们记录下不同角度下的全息图并再现之，得到二维图像，再利用CT技术就可以进行三维重建。实际上，在光源具有一定的时间及空间相干性的条件下，带有衍射条纹的CT投影图就是一幅全息图。可见这两种技术的结合可以扬长避短，充分发挥各自的优势，是一种很有前景的X射线三维显微成像技术。本技术的技术解决方案如下一种飞秒脉冲全息层析装置，包括飞秒激光器，其特点是还有第一半透半反射膜板、第一反射镜、由全反射膜板组成的光学延迟线、第二全反射膜板、待测样品、第二半透半反射膜板、探测器、计算器和三维平台，其位置关系是所述的待测样品置放在三维平台上，沿飞秒激光器发出的激光束的前进方向设有第一半透半反射膜板，激光束经第一半透半反射膜板被分成透射光束和反射光束，其透射光束经第一反射镜、光学延迟线、第二半透半反射膜板到达探测器上，其反射光束经第二全反射膜板、待测样品、第二半透半反射膜板，和透射光束在探测器上相遇干涉构成全息图，再送计算器。所说的飞秒激光器，是一台输出脉宽为120飞秒、单脉冲能量为10纳焦耳、波长为800nm、谱宽为10nm的钛宝石激光器，可在市场上购买得到的。所说的半透半反射膜板是一块45°透过50％、反射50％的介质膜板。所说的全反射膜板是一块45°入射的全反射介质膜板。所说的待测样品，是一个位相物体，所谓位相物体它不对入射光吸收，只引起位相延迟。待测样品放在一个三维平台上，可以自由地转动和前后平动。所说的探测器是一个电荷耦合器，用来记录飞秒全息图。所说的计算器是一台用来重构飞秒全息图的终端显示器。所说的三维平台可以左右、上下转动，还能进行前后平动的工作台，可在市场上购到。当飞秒激光器运转之后，入射到第一半透半反射膜板上，分成强度相等的两束光透射光束A和反射光束B。A光束经过第一全反射膜板后，进入到由全反射膜板构成的光学延迟中，然后入射到第二半透半反射膜板上，到达探测器。B光束经第二全反射膜板、待测样品、第二半透半反射膜板，和A光束在探测器上相遇，并干涉构成全息图。全息图上的干涉条纹间距与A、B光束间的夹角相关。当完成一次拍摄以后，信息存储在计算器中，然后移动平台5μm，由于飞秒激光器带宽高达10nm，因此调整光学延迟线，保证A光束和B光束等光程，再拍摄第二张全息图。如此重复进行约10次左右，即在不同的样品截面处拍摄10张全息图，分别将每一张全息图在不同的角度下重构，就可以获得一个样品截面处的投影数据。这样采用CT重构方法就可以获得飞秒脉冲全息层析的三维图形。本技术的技术效果本技术与在先技术相比，本技术飞秒脉冲全息层析装置可以高分辨率地记录和重构超快动态过程，特别是使用了光学延迟线，可以提高纵向分辨率，把飞秒激光宽带的劣势变成优势，将在超快生物医学和材料科学中获得及其广泛的应用。附图说明图1为本技术的飞秒脉冲全息层析成像装置原理图。具体实施方式先请参阅图1，图1为本技术的飞秒脉冲全息层析成像装置原理图。由图可见，本技术一种飞秒脉冲全息层析装置，包括飞秒激光器1，其特征在于还有第一半透半反射膜板2、第一全反射膜板3、由全反射膜板4、5、6、7组成的光学延迟线、第二全反射膜板8、待测样品9、第二半透半反射膜板10、探测器11、计算器12和三维平台13，其位置关系是所述的待测样品9置放在三维平台13上，沿飞秒激光器1发出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建文，高鸿奕，朱化凤，谢红兰，李儒新，徐至展，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：