一种粒子场瞬态多幅全息照相装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及全息照相领域，尤其涉及一种粒子场瞬态全息照相装置及方法。本发明专利技术针对现有技术中粒子场瞬态全息照相无法进行多幅连续照相，提出一种基于光致聚合物的粒子场瞬态多幅全息照相装置及方法。本装置包括相干光产生装置、物光调节装置、参考光调节装置、同步控制装置、全息干板等，本发明专利技术的方法通过同步控制装置检测粒子场并发送信号给相干光产生装置和光束偏转装置，然后相干光产生装置根据信号，产生两路相干光，一路相干光经过物光调节装置后形成带有粒子场信息物光，另一路相干光经过参考光调节装置形成参考光，物光与参考光在全息干板形成干涉条纹，由光致聚合物全息干板进行记录。本发明专利技术应用于全息照相领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全息照相领域，尤其是涉及。
技术介绍
全息术早已用于粒子场及流体场的单幅拍摄，而且已经为这些领域做出了巨大贡献。其非接触、大视场、大景深及三维再现等特点使其在粒子场诊断领域具有独特的优势。采用全息术对粒子场进行检测通常包括记录、显影与再现三个环节。记录主要是指脉冲激光同一脉冲分出的两光束在记录介质(全息干板)表面形成的干涉场引起全息干板的光化学反应(曝光)，曝光后的全息干板记录了干涉场的强度分布，这两束光中一束带有粒子场的信息(物光)，另一束不带粒子场信息(参考光)。显影主要是针对于卤化银乳胶、重铬酸盐明胶、光致抗蚀剂这三类材料，显影过程使未发生光化学反应的部分被清洗掉，使发生了光化学反应的部分保留下来。再现是指采用上述两束光中的参考光以记录时的角度照射显影后的全息干板，从而使物光以衍射光的形式被再现出来。利用该方法可以重现某一时刻粒子场的三维分布。如果需要记录粒子场随时间的演化过程就需要完成多幅全息图的瞬态记录。一种办法是并列放置多张全息干板，在每一个干板对应的参考光与物光光路中放置超高速快门使这些全息干板在不同时刻曝光。该方法使得每一张全息干板具有不同的视角，因此再现出来的各个光场之间存在视场角度的偏差，不利于再现观察。该方法中每一张全息干板都需要一套相应的光路元件，因此当全息干板数量上升时记录装置将变的十分复杂，不便于调试与维护且造价昂贵。另一种办法是将全息干板做成光盘形状，使全息干板以过光盘中心的法线为轴做高速旋转，合理的调整旋转速度就可以使每一次的曝光区域不同。由于目前常见的高速电机只能达几万转每分钟，因此将整张光盘记录完所需要的时间在毫秒量级。在干涉区面积恒定且光盘尺寸恒定的条件下该参数限制了时间分辨率的进一步提高。该方法要求旋转速度与脉冲激光频率之间的精确配合，这种精确配合在高速旋转时变的困难。该方法还会由于光盘的旋转，使记录到的全息图出现动态模糊。以光致聚合物材料为记录介质的全息干板，其记录介质厚度可达几百微米乃至更厚，用其记录的全息图被称为体全息图，体全息图具有明显的角度选择特性。利用体全息图的角度选择特性，可以在记录介质的同一体积区域记录多幅全息图，且每一幅全息图可以被分别再现。以体全息图角度选择特性为基础的一种多幅全息记录技术被称为角度复用技术，该技术在高密度数据存储中已经被广泛使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有粒子场瞬态多幅全息照相技术中光路调整困难、时间分辨率低的问题，提出一种基于光致聚合物的粒子场瞬态多幅全息照相、装置及方法。本专利技术通过同步控制器对粒子场出现在观测区域时刻检测，向相干光产生装置及声光偏转器发送控制信号使得相干光产生装置产生的两路相干光，其中一路相干光经过物光调节装置带有粒子场信息并照射于全息干板上，另一路相干光经过参考光调节装置使得产生不同时刻角度不同的照射于全息干板上的参考光，在全息干板上物光与参考光形成干涉，实现了简单光路条件下的高时间分辨率瞬态多幅全息照相，除此之外，还通过设置第二传像装置11用于将粒子场的图像传像至全息干板12附近以提高全息干板12的记录效果。除此之外还通过设置第二偏振态调节装置14用于调节经过光束分束装置输出的另一束相干光的偏振态，进而使经过第二偏振态调节装置14的相干光与经过准直扩束装置4的一束相干光具有相同的偏振态，除此之外还通过设置第一偏振态调节装置2用于调整激光器I产生脉冲信号的偏振态，当光束分束装置3为格兰棱镜或偏振分光棱镜时第一偏振态调节装置2可用于调节光束分束装置3分出的两束光的功率比值；除此之外，还通过设置第三扩束准直装置15用于提前放大激光器I产生激光光斑的光斑直径，进而保护光束分束装置3不会被高功率激光脉冲损坏；此外还通过设置光学延迟装置16用于对经过光束分·束装置3产生的一路相干光的相位进行调节，使得经过光束分束装置产生的两束相干光相位一致，保证最终形成的物光与参考光能够产生干涉条纹。本专利技术采用的技术方案如下 一种粒子场瞬态多幅全息照相装置包括相干光产生装置、物光调节装置、参考光调节装置、同步控制装置13、全息干板12，相干光产生装置，用于接收同步控制装置13的触发信号及产生激光脉冲并将其分为两束相干光；物光调节装置，用于将相干光产生装置产生的两束相干光中的一束引入观测区域9，使其为观测区域9提供背光照明，该束光经过观测区域9后成为物光；同步控制装置13，用于分别给相干光产生装置、参考光调节装置提供控制信号；参考光调节装置，用于调节相干光产生装置产生的另一束相干光的角度和偏振态形成参考光，使得物光调节装置调节的物光与参考光形成干涉；全息干板12，用于记录物光和参考光形成的干涉条纹。所述相干光产生装置包括激光器1，用于根据同步控制装置13输出的触发信号产生激光脉冲；光束分束装置3(格兰棱镜或者偏振分光镜),用于将激光器I产生的脉冲信号分成两束相干光分别输入到物光调节装置、参考光调节装置，光束分束装置3输入到物光调节装置的一路光与光束分束装置3输入到参考光调节装置的另一路光功率比值为1:2 1:30。所述物光调节装置包括第一扩束准直装置4，用于将干涉光产生装置产生的一路相干光光斑直径进行放大，其放大倍数为10 40倍；第二反射镜8，用于将第一扩束准直装置4的物光反射到观测区域9，形成带有观测区域9中被观测对象信息并照射于全息干板的物光。所述物光调节装置还包括第二传像装置11，所述第二传像装置11放置于观测区域9与全息干板之间，用于将经过观测区域9形成带有观测区域9中被观测对象信息的物光传递到全息干板12，第二传像装置11包括第三透镜、第四透镜两个透镜，所述第三透镜、第四透的焦距相等，所述第二传像装置11与全息干板12的距离比所述第二传像装置11的后焦距长5_ 30mm或短5_ 30mm。所述参考光调节装置包括第一反射镜5，用于调节光束分束装置3产生的另一路相干光的角度；声光偏转器6，用于根据同步控制装置13输出的控制信号产生控制频率使经过声光偏转器6的相干光发生偏转,声光偏转器6偏转范围为O 3. 2° ;第二扩束准直装置7，用于将经过声光偏转器6发生角度偏转的相干光光斑直径放大，第一扩束准直装置4和第二扩束准直装置7扩束比值为1:2 5:1 ;第一传像装置10，用于将经过扩束准直装置7放大的相干光传至全息干板12，第一传像装置10包括第一透镜、第二透镜两个透镜，所述第一透镜、第二透的焦距相等，第一传像装置10距离声光偏转器6的距离等于传像装置10的前焦距，第一传像装置10距离全息干板12的距离等于传像装置10的后焦距；其中参考光不发生偏转时与物光的夹角为10° 30°，物光与光致聚合物全息干板法线的夹角为 10° 30°。 所述同步控制装置13包括光电探测装置17，用于在粒子场进入观测区域9之前检测到粒子场的出现，并同时输出探测信号给数字延时装置19 ;数字延时装置19，用于接收光电探测装置的探测信号后，在设定的延时时间后给激光器I以及给单片机18发出触发信号；单片机18，用于在检测到数字延时装置19发送的触发信号后，按照设定的时间间隔改变声光偏转器电源20的输出驱动电压频率；声光偏转器电源20，用于在接收单片机18输出的驱动电压频率控制信号后控制声光偏转器6的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于包括相干光产生装置、物光调节装置、参考光调节装置、同步控制装置、全息干板，相干光产生装置，用于接收同步控制装置的触发信号及产生激光脉冲并将其分为两束相干光；物光调节装置，用于将相干光产生装置产生的两束相干光中的一束引入观测区域，使其为观测区域提供背光照明，该束光经过观测区域后成为物光；同步控制装置，用于分别给相干光产生装置、参考光调节装置提供控制信号；参考光调节装置，用于调节相干光产生装置产生的另一束相干光的角度和偏振态形成参考光，使得物光调节装置调节的物光与参考光形成干涉；全息干板，用于记录物光和参考光形成的干涉条纹。

【技术特征摘要】
1.ー种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于包括相干光产生装置、物光调节装置、參考光调节装置、同步控制装置、全息干板， 相干光产生装置，用于接收同步控制装置的触发信号及产生激光脉冲并将其分为两束相干光； 物光调节装置，用于将相干光产生装置产生的两束相干光中的一束引入观测区域，使其为观测区域提供背光照明，该束光经过观测区域后成为物光； 同步控制装置，用于分别给相干光产生装置、參考光调节装置提供控制信号； 參考光调节装置，用于调节相干光产生装置产生的另一束相干光的角度和偏振态形成參考光，使得物光调节装置调节的物光与參考光形成干渉； 全息干板，用于记录物光和參考光形成的干渉条纹。2.根据权利要求I所述的ー种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于所述相干光产生装置包括 激光器，用于根据同步控制装置输出的触发信号产生激光脉冲； 光束分束装置，用于将激光器产生的脉冲信号分成两束相干光分别输入到物光调节装置、參考光调节装置，光束分束装置输入到物光调节装置的一路光与光束分束装置输入到參考光调节装置的另一路光功率比值为1:2 1:30。3.根据权利要求2所述的ー种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于所述物光调节装置包括 第一扩束准直装置，用于将干涉光产生装置产生的一路相干光光斑直径进行放大，其放大倍数为10 40倍； 第二反射镜，用于将第一扩束准直装置的物光反射到观测区域9，形成带有观测区域中被观测对象信息并照射于全息干板的物光。4.根据权利要求所述3的ー种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于所述物光调节装置还包括第二传像装置，所述第二传像装置放置于观测区域与全息干板之间，用于将经过观测区域形成带有观测区域中被观测对象信息的物光传递到全息干板，第二传像装置包括第三透镜、第四透镜两个透镜，所述第三透镜、第四透的焦距相等，所述第二传像装置与全息干板的距离比所述第二传像装置的后焦距长5mm 30mm或短5mm 30mm。5.根据权利要求4所述的ー种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于所述參考光调节装置包括 第一反射镜，用于调节光束分束装置产生的另一路相干光的角度； 声光偏转器，用于根据同步控制装置输出的控制信号产生控制频率使经过声光偏转器的相干光发生偏转，声光偏转器偏转范围为0 3. 2° ； 第二扩束准直装置，用于将经过声光偏转器发生角度偏转的相干光光斑直径放大，第一扩束准直装置和第二扩束准直装置扩束比值为1:2 5:1 ; 第一传像装置，用于将经过扩束准直装置放大的相干光传至全息干板，第一传像装置包括第一透镜、第二透镜两个透镜，所述第一透镜、第二透的焦距相等，第一传像装置距离 声光偏转器的距离等于传像装置的前焦距，第一传像装置距离全息干板的距离等于传像装置的后焦距；其中參考光不发生偏转时与物光的夹角为10° 30° ,物光与全息干板法线的夹角为10° 30°。6.根据权利要求5所述的一种粒子场瞬态多幅全息照相装置，其特征在于所述同步控制装置包括 光电探测装置，用于在粒子场进入观测区域之前检测到粒子场的出现，并同时输出探测信号给数字延时装置； 数字延时装置，用于接收光电探测装置的探测信号后，在设定的延时时间后给激光器以及给单片机发出触发信号； 单片机，用于在检测到数字延时装置发送的触发信号后，按照设定的时间间隔改变声光偏转器电源的输出驱动电压频率； 声光偏转器电源，用于在接收单片机输出的驱动电压频率控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽仁，赵宇，李作友，罗振雄，刘振清，蒙建华，李军，叶雁，朱鹏飞，魏明宾，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：