CN104914644A - 一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置及方法。该成像装置的光路分为探测光路和泵浦光路。探测光路上依次设有待测物体，第一凸透镜，由起偏器、光克尔介质和检偏器组成的光克尔门，第二凸透镜及CCD；且满足4f系统；泵浦光路上依次设有光学延时线、半波片和空间整形装置。该成像方法为：飞秒脉冲激光经分束器后变成两束，飞秒探测脉冲光经过待测物体，再被聚焦入射到光克尔介质内部；飞秒泵浦脉冲光开启光克尔门后瞬时选通飞秒探测脉冲光中携带待测物体信息的成分，最终到达CCD，获得高对比度的待测物体图像。本发明具有成本低廉、光路简单且便于调节、可以同时实现光克尔门选通和待测物体特征结构的识别。

Description

一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置及方法

技术领域

本发明属于超快成像与测量技术领域，具体涉及一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置及方法。

背景技术

发展超快速成像与测量技术，对于研究高速碰撞、爆炸过程、高压放电等瞬态过程有着十分重要的应用价值。传统光电技术难以探测这些超快过程，基于飞秒激光的超快速成像与测量技术，可以实现飞秒量级的时间分辨率，因而具有很重要的发展前景和意义。

光克尔门是一种基于光克尔效应的全光开关，具有可达飞秒量级的时间分辨率、操作方便和光子选通效率高等优点。基于光克尔门选通弹道光的成像技术，可以实现极高时间分辨的瞬态成像，在生物组织、超高速喷雾流场等极端散射环境中的目标物体成像，以及微纳结构瞬态成像、超快荧光时间分辨成像等领域有十分广泛的应用。但是，常规的光克尔门选通弹道光成像技术是一种针对观测视野内全场成像技术，对目标结构复杂的区域，很难直接有效提取目标物体中的特定结构信息，特别是当目标物体不同结构区域强度信息差异很大时，该方法更难以识别目标物体中的强度较弱的特定结构。

方向滤波技术是一种基于傅里叶光学理论的信息光学处理技术，具体而言，是一种特殊的空间滤波技术。在信息光学处理技术中，所谓空间滤波，是指在光学系统频谱面上放置适当的滤波器，以改变光波的频谱结构，从而实现特定需求的图像增强、特定目标识别等光学信息处理效果。方向滤波技术利用目标物体线状结构与其空间功率谱扩展方向正交，并且物体图像的线状结构越密集，其功率谱扩展越大的特性，通过对特定方向上目标物体的空间频谱的选取、增强(弱)操作，实现目标物体中特定结构的识别。在缺陷检测、指纹对比度增强、活动断层分析等领域具有重要的应用价值。然而，传统的方向滤波技术不能实现高时间分辨率的物体成像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置及方法，能够提取待测物体的特征结构或者实现图像特定方向的成像对比度的增强。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，包括飞秒激光器和分束片，飞秒激光器的出射光路被分束片分为两路，一束为探测光路，另一束为泵浦光路，探测光路中的光为飞秒探测脉冲光，泵浦光路中的光为飞秒泵浦脉冲光；探测光路上依次设有待测物体、第一凸透镜、起偏器、光克尔介质、检偏器、第二凸透镜及CCD，且满足4f系统，其中起偏器、光克尔介质和检偏器构成光克尔门，且光克尔介质位于4f系统的频谱面上；泵浦光路上依次设有用于调节飞秒泵浦脉冲光的光程的光学延时线、用于调节飞秒泵浦脉冲光的偏振方向的半波片、以及用于改变飞秒泵浦脉冲光的光斑形状的空间整形装置，且飞秒泵浦脉冲光与飞秒探测脉冲光在光克尔介质内部的空间位置重合。

所述的待测物体放置在第一凸透镜的前焦面上，光克尔介质放置在第一凸透镜及空间整形装置的后焦面上，并同时位于第二凸透镜的前焦面上，CCD放置在第二凸透镜的后焦面上。

所述的飞秒激光器输出的重复频率为1kHz；

所述的分束片的分光比为1:(2～4)，其中光强较大的一束作为飞秒泵浦脉冲光。

所述的光学延时线的最小光程改变量为10～100fs；

所述的半波片为零级波片，其材质为BK玻璃或石英。

所述的空间整形装置为柱透镜或空间光调制器。

所述的第一凸透镜和第二凸透镜的透光孔径均为25～100mm。

所述的起偏器的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器的偏振方向与起偏器的偏振方向垂直。

所述的起偏器和检偏器均为棱镜偏振器或消光比大于10⁴:1的薄膜偏振器，其中棱镜偏振器为尼科尔棱镜偏振器、格兰泰勒棱镜偏振器或渥拉斯顿棱镜偏振器。

所述的光克尔介质为以下三阶非线性光学材料的一种：二硫化碳、硝基苯、钛酸锶钡、石英玻璃、重火石玻璃、铋酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、酞菁衍生物或C₆₀衍生物。

一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法，包括以下步骤：

1)飞秒激光器发出的飞秒脉冲激光经分束片后分为两束，一束为飞秒探测脉冲光，另一束为飞秒泵浦脉冲光；

2)飞秒探测脉冲光先入射到待测物体上，然后经过第一凸透镜聚焦，入射到由起偏器、光克尔介质和检偏器组成的光克尔门上，其中光克尔介质位于4f系统的频谱面上，且起偏器的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器的偏振方向与起偏器的偏振方向垂直；

3)飞秒泵浦脉冲光先经过光学延时线调节其光程，再经过半波片调节其偏振方向，然后通过空间整形装置改变其光斑形状，最后聚焦进入光克尔介质内部，并与飞秒探测脉冲光在光克尔介质内部的空间位置重合；

4)调节光学延时线，使飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光进入光克尔介质的时间重合，此时光克尔门瞬时打开，飞秒探测脉冲光通过检偏器后进入第二凸透镜，然后聚焦进入CCD，获得待测物体的特定结构的高对比度图像。

进一步的，调节半波片的光轴方向，使透过它的飞秒泵浦脉冲光的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向呈45°夹角。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，将飞秒激光器的出射光路分为探测光路和泵浦光路。探测光路上依次设置了待测物体、第一凸透镜、光克尔门(由起偏器、光克尔介质和检偏器组成)、第二凸透镜和CCD，它们构成了一个4f系统，能够使待测物体清晰地成像在CCD上。其中，光克尔介质位于4f系统的频谱面上，该频谱面上分布了待测物体的全部空间频谱成分，且频谱面上的横向分布对应了待测物体的纵向分布，保证了在选通频谱面上的横向成分时，仅对待测物体的纵向成分进行成像，从而实现方向性对比度增强的效果，更好地识别不同待测物体的特征。泵浦光路上依次设置了光学延时线、半波片和空间整形装置，分别用于调节飞秒泵浦脉冲光的光程、偏振方向及改变飞秒泵浦脉冲光的形状，保证了飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光在光克尔介质内部的空间位置和时间上的重合。空间整形装置使入射的飞秒泵浦脉冲光的形状发生改变，从而实现对待测物体的方向性选通成像。本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置不仅光路简单、成本较低，而且解决了当待测物体强度差别很大时传统成像方法使强度弱的物体被淹没，不能反映待测物体的真实情况的问题，通过对待测物体的方向性选通成像，可以很好地反映待测物体各部分分量的真实信息，具有方向性对比度高的优点，特别适用于待测物体强度分布差异很大的极端情况。

本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法，是一种飞秒时间分辨的超快过程的观测方法，利用光学延时线调节飞秒泵浦脉冲光的光程，当飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光到达光克尔介质内部的时间完全重合时，飞秒泵浦脉冲光瞬时开启光克尔门，携带了待测物体信息的飞秒探测脉冲光被选通并成像于CCD上。由于飞秒泵浦脉冲光经空间整形装置后形状发生改变，故仅在4f系统的频谱面上选通了特定方向的飞秒探测脉冲光，从而可以获得与该方向正交的待测物体的信息，且在该方向上选通的空间频谱成分比传统光克尔门选通的多了很多高频成分。本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法实现了超高时间分辨率与特定方向的高对比度的飞秒时间光克尔门选通成像。利用该方法进行超快成像与测量，既可以获得飞秒量级的超快时间分辨率，又能实现方向性对比度更高且边缘更锐利的成像结果，可应用于特殊光强分布的物体成像、强散射体内部隐藏物体成像以及获取物质的超快荧光图像等领域。

进一步的，本发明中用半波片调节飞秒泵浦脉冲光的偏振方向，使其与飞秒探测脉冲光的偏振方向呈45°夹角，保证了在系统输入光强不变情况下，光克尔门可以获得最大的透过率。

附图说明

图1是本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置的结构示意图；

图2是美军标1951USAF分辨率板的图像，即本发明提供的成像装置中所用的待测物体；

图3是本发明具体实施例中得到的成像结果图，其中(a)为无光克尔门时CCD采集的图像，(b)为传统光克尔门选通图像，(c)为用本发明的方法测得的横条纹选通图像，(d)为用本发明的方法测得的纵条纹选通图像；

图4是本发明具体实施例得到的调制传递函数曲线，其中(a)对应的曲线为图3(b)的调制传递函数曲线，(b)对应的曲线为图3(c)的调制传递函数曲线；

其中：1为飞秒激光器、2为第一反射镜、3为分束片、4为光学延时线、5为半波片、6为第二反射镜、7为空间整形装置、8为第三反射镜、9为待测物体、10为散射介质，11为第一凸透镜、12为起偏器、13为光克尔介质、14为检偏器、15为第二凸透镜、16为CCD、17为遮挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明的内容做进一步的详细说明。

本发明涉及基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像技术，通过对光克尔门泵浦光束的空间强度调制，同时实现光克尔门选通和待测物体特征结构的识别。与光克尔门选通成像后再进行基于数字图像处理的方向滤波不同，该技术不需要复杂的数字图像处理过程，可以实现对待测物体特征结构的实时成像。同时，该技术有效地避免了在探测光强度极弱的情况下，过多光学元件引起有限的成像光强进一步损耗的问题，特别适合强散射环境中待测物体成像和超快荧光成像中特征结构的获取和识别。

本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门成像装置，是在传统光克尔门装置的基础上使用了4f系统，并用空间整形装置替代了泵浦光路上的普通透镜，进一步提高了成像对比度。分束片将激光分为两束：飞秒探测脉冲光和飞秒泵浦脉冲光。探测光路上的待测物体、第一凸透镜、光克尔门、第二凸透镜和CCD构成一个4f系统，待测物体放置在第一凸透镜的前焦面上，光克尔门放置在第一凸透镜的后焦面和第二凸透镜的前焦面即4f系统的频谱面上，CCD位于第二凸透镜的后焦面上。如果使用传统光克尔门装置，则无法实现方向性对比度增强的效果，从而限制其在特殊光强分布的待测物体中的应用。所以为了获得方向性对比度增强的结果，本发明中将传统光克尔门装置中泵浦光路上的普通透镜用空间整形装置代替，使飞秒泵浦脉冲光的光斑形状发生改变，从而在频谱面上可以选通特定方向上更多的频谱成分，使成像结果的边缘更加锐利，系统分辨率也更高，实现方向性对比度增强的效果。此时成像系统的时间分辨率仍由光克尔门的开关时间决定，这保证了成像系统仍然具有飞秒量级的极高时间分辨能力。

如图1所示，本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，包括飞秒激光器1，其出射光路经第一反射镜2的反射后到达分束片3，并被分束片3分为两路，分别为探测光路和泵浦光路，光路中的光分别为飞秒探测脉冲光和飞秒泵浦脉冲光。

探测光路上依次设置了第三反射镜8、待测物体9、散射介质10、第一凸透镜11、偏器12、光克尔介质13、检偏器14、第二凸透镜15及CCD16，并构成了一个4f系统。其中偏器12、光克尔介质13和检偏器14构成光克尔门，起偏器12和检偏器14的偏振方向相互垂直，且起偏器12和检偏器14的通光孔径大于光路中透射光束即飞秒探测脉冲光的横向尺寸。

分束片3的分光比为1：(2～4)，其中光强较大的一束作为飞秒泵浦脉冲光。

起偏器12、检偏器14均为棱镜偏振器或消光比大于10⁴：1的薄膜偏振器；棱镜偏振器可为尼科尔棱镜偏振器、格兰泰勒棱镜偏振器或渥拉斯顿棱镜偏振器。

光克尔介质13为以下三阶非线性光学材料中的一种：二硫化碳、硝基苯、钛酸锶钡、石英玻璃、重火石玻璃、铋酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、酞菁衍生物或C₆₀衍生物；

第一、第二凸透镜的透光孔径均为25～100mm。

泵浦光路上依次设置了用于调节飞秒泵浦脉冲光的光程的光学延时线4、用于调节飞秒泵浦脉冲光的偏振方向的半波片5、用于改变飞秒泵浦脉冲光方向的第二反射镜6、用于改变飞秒泵浦脉冲光的光斑形状的空间整形装置7以及用于阻挡透射过光克尔介质的飞秒泵浦脉冲光的遮挡板17。其中，空间整形装置7将飞秒泵浦脉冲光聚焦到光克尔介质13内部，且当飞秒泵浦脉冲光与飞秒探测脉冲光在到达光克尔介质13的内部空间位置重合时，光克尔门瞬时开启。

其中光学延时线4的最小光程改变量为10～100fs；

半波片5为零级波片，其材质可为BK玻璃或石英。

空间整形装置7可为柱透镜或空间光调制器。

本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置的优选参数如下：

飞秒激光器1发射的飞秒脉冲激光的单脉冲能量为3mJ，脉宽为50fs，经过放大器输出的重复频率1kHz；分束片3的分束比为1:3；第一凸透镜11、第二凸透镜15的透光孔径均为50mm，且第一、第二凸透镜的焦距均为150mm；光克尔介质13采用放置于比色皿中的二硫化碳，二硫化碳的通光路径为5mm；起偏器12和检偏器14均为尼科尔棱镜偏振器，透光孔径为120mm；空间整形装置7的焦距为100mm，光学延时线的最小光程改变量为10.4fs。

本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法，首先将飞秒激光器出射的飞秒脉冲激光分成两束，其中一束作为飞秒探测脉冲光入射到待测物体上，携带其形貌信息后，再由另一束线形的飞秒泵浦脉冲光控制光克尔门，对携带待测物体形貌信息的飞秒探测脉冲光进行超快时间门选通。由于线形的飞秒泵浦脉冲光的光斑在4f系统的频谱面上选通了更多的频谱成分，进一步提高了成像边缘锐利度和系统的成像分辨率，从而实现对待测目标形貌极高时间分辨的方向性选通成像效果。

参见图1，该成像方法具体包括以下步骤：

1)飞秒激光器1出射的偏振的飞秒脉冲激光经第一反射镜2的反射后到达分束片3，被分束片3分为两束，其中一束作为探测光路的飞秒探测脉冲光，另一束作为泵浦光路的飞秒泵浦脉冲光；

2)飞秒探测脉冲光经过第三反射镜8调整方向后，入射到待测物体9上，携带待测目标形貌信息后，先经过散射介质10，然后经第一凸透镜11聚焦后，依次经过起偏器12、光克尔介质13和和检偏器14；其中起偏器12的偏振方向与探测光路中飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器14的偏振方向与起偏器12的偏振垂直方向垂直；

3)飞秒泵浦脉冲光先经过光学延时线4调节其光程，然后经半波片5调整其偏振方向，接着经第二反射镜6调整其方向，再经空间整形装置7聚焦后，入射到光克尔介质13上，其入射位置与飞秒探测脉冲光入射到光克尔介质内的空间位置重合，最后被遮挡板17阻挡；

4)调节光学延时线4，当飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光到达光克尔介质13的时间重合时，飞秒泵浦脉冲光瞬时开启光克尔门，此时飞秒探测脉冲光经过检偏器14，再被第二凸透镜15聚焦，进入单脉冲触发CCD16中成像。

为了证实本发明的效果，下面结合附图和一个具体的实施例对本发明的内容做进一步详细说明。

本实施例以放置在聚苯乙烯微球悬浊液(散射介质10)前的鉴别率板(美军标1951USAF分辨率板，符合美国MIL-STD-150A标准)作为待测物体9。该鉴别率板上的图案是几组由三条黑色的短线条纹构成的，黑色条纹的尺寸从大到小，通过计算黑色条纹的对比度，可以获得其调制传递函数(MTF)的曲线，MTF被广泛地应用于测试光学成像系统(如显微镜和相机)的分辨能力，图2为直接使用数码相机拍摄的该分辨率板的图像，作为参考图像。

本实施例的具体实施步骤如下：

(1)将少量粒径为3.13微米的聚苯乙烯微球掺入去离子水中，制得聚苯乙烯微球悬浊液。该悬浊液是一种常用的标准散射介质。通过调节聚苯乙烯微球的浓度，获得光学密度为9.85的强散射体。将鉴别率板放置于该散射介质前，构成本实例的待测物体。

(2)从飞秒激光器出射的飞秒脉冲激光的单脉冲能量为3mJ，脉宽为50fs，重复频率为1kHz，被分束比为1:3的分束片分为两束，其中光强较大的一束作为飞秒泵浦脉冲光，另一束为飞秒探测脉冲光。

(3)飞秒探测脉冲光经第三反射镜调整其传播方向后，入射到待测物体的2～3号系列图案上，分别对待测物体的2～3号系列图案的横条纹和纵条纹进行成像，再经过聚苯乙烯微球悬浊液，携带待测物体的形貌信息后，经第一凸透镜聚焦入射到光克尔门中。其中待测物体和光克尔介质分别位于第一凸透镜的前、后焦平面上。光克尔介质采用放置于5mm比色皿中的二硫化碳溶液，起偏器与检偏器的偏振方向垂直。无泵浦光入射到光克尔介质中时，光克尔门处于关闭状态，此时无法在CCD上获得待测物体的清晰图像，如图3(a)所示。

(4)飞秒泵浦脉冲光经光学延时线调节其光程后，再经一个石英材质的零级半波片调整其偏振方向，然后经第二反射器反射后，再被柱透镜(空间整形装置)聚焦入射到光克尔介质内部，之后透射的飞秒泵浦脉冲光被遮挡板阻挡。为保证优异的飞秒光克尔门的开关效率，经半波片调整后的飞秒泵浦脉冲光的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向呈45°夹角。

(5)调节第二反射镜和柱透镜，保证飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光在光克尔介质内部空间位置处重合，然后调节光学延时线，当飞秒探测脉冲光和飞秒开关脉冲光到达光克尔介质的时刻重合时，飞秒泵浦脉冲光在光克尔介质内部诱导瞬态双折射效应，瞬时开启光克尔门。被选通的飞秒探测脉冲光经第二凸透镜聚焦后，成像于单脉冲触发CCD上，分别对待测物体的1号系列图案的横条纹和纵条纹进行选通成像，可以获得待测物体的方向性对比度增强的飞秒光克尔门选通图像，分别如图3(c)、(d)所示。

进一步的，为了对本方法得到的成像结果与传统方法进行比较，还将步骤(4)、(5)中的柱透镜用胶合透镜代替，得到了传统的光克尔门选通图像，如图3(b)所示。从图3中可以看出，不加光克尔门时，待测物体经过散射介质后不能清晰成像，使用普通光克尔门方法得到的图像，边缘比较模糊，这是因为光克尔门的空间滤波作用滤掉了携带图像边缘信息的高频成分，而使用本发明提出的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像得到的图像可以实现不同方向的图像对比度增强。

进一步的，为了对本发明提出的方法得到的成像结果进行定量的分析，分别计算了图3(b)、(c)的调制传递函数，获得了不同条纹的线对数与其对比度的依赖曲线，如图4所示。图4(a)对应的曲线为普通光克尔门成像方法图3(b)的结果，而使用本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法图3(c)的结果如图4(b)对应的曲线所示，从图4中可以看出，本发明提供的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法实现了待测物体不同方向分量的高对比度图像和高系统分辨率的时间门选通成像，其在不同方向的成像效果优于普通光克尔门的成像效果。

Claims (10)

1.一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：包括飞秒激光器(1)和分束片(3)，飞秒激光器(1)的出射光路被分束片(3)分为两路，一束为探测光路，另一束为泵浦光路，探测光路中的光为飞秒探测脉冲光，泵浦光路中的光为飞秒泵浦脉冲光；探测光路上依次设有待测物体(9)、第一凸透镜(11)、起偏器(12)、光克尔介质(13)、检偏器(14)、第二凸透镜(15)及CCD(16)，且满足4f系统，其中起偏器(12)、光克尔介质(13)和检偏器(14)构成光克尔门，且光克尔介质(13)位于4f系统的频谱面上；泵浦光路上依次设有用于调节飞秒泵浦脉冲光的光程的光学延时线(4)、用于调节飞秒泵浦脉冲光的偏振方向的半波片(5)、以及用于改变飞秒泵浦脉冲光的光斑形状的空间整形装置(7)，且飞秒泵浦脉冲光与飞秒探测脉冲光在光克尔介质(13)内部的空间位置重合。

2.根据权利要求1所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的待测物体(9)放置在第一凸透镜(11)的前焦面上，光克尔介质(13)放置在第一凸透镜(11)及空间整形装置(7)的后焦面上，并同时位于第二凸透镜(15)的前焦面上，CCD(16)放置在第二凸透镜(15)的后焦面上。

3.根据权利要求1或2所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的飞秒激光器(1)输出的重复频率为1kHz；

所述的分束片(3)的分光比为1:(2～4)，其中光强较大的一束作为飞秒泵浦脉冲光。

4.根据权利要求1或2所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的光学延时线(4)的最小光程改变量为10～100fs；

所述的半波片(5)为零级波片，其材质为BK玻璃或石英。

5.根据权利要求1或2所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的空间整形装置(7)为柱透镜或空间光调制器。

6.根据权利要求1或2所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的第一凸透镜(11)和第二凸透镜(15)的透光孔径均为25～100mm。

7.根据权利要求1或2所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的起偏器(12)的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器(14)的偏振方向与起偏器(12)的偏振方向垂直。

8.根据权利要求7所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的起偏器(12)和检偏器(14)均为棱镜偏振器或消光比大于10⁴:1的薄膜偏振器，其中棱镜偏振器为尼科尔棱镜偏振器、格兰泰勒棱镜偏振器或渥拉斯顿棱镜偏振器。

9.根据权利要求1或2所述的基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像装置，其特征在于：所述的光克尔介质(13)为以下三阶非线性光学材料的一种：二硫化碳、硝基苯、钛酸锶钡、石英玻璃、重火石玻璃、铋酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、酞菁衍生物或C₆₀衍生物。

10.一种基于方向滤波的飞秒光克尔门选通成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)飞秒激光器(1)发出的飞秒脉冲激光经分束片(3)后分为两束，一束为飞秒探测脉冲光，另一束为飞秒泵浦脉冲光；

2)飞秒探测脉冲光先入射到待测物体(9)上，然后经过第一凸透镜(11)聚焦，入射到由起偏器(12)、光克尔介质(13)和检偏器(14)组成的光克尔门上，其中光克尔介质(13)位于4f系统的频谱面上，且起偏器(12)的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器(14)的偏振方向与起偏器(12)的偏振方向垂直；

3)飞秒泵浦脉冲光先经过光学延时线(4)调节其光程，再经过半波片(5)调节其偏振方向，然后通过空间整形装置(7)改变其光斑形状，最后聚焦进入光克尔介质(13)内部，并与飞秒探测脉冲光在光克尔介质(13)内部的空间位置重合；

4)调节光学延时线(4)，使飞秒泵浦脉冲光和飞秒探测脉冲光进入光克尔介质(13)的时间重合，此时光克尔门瞬时打开，飞秒探测脉冲光通过检偏器(14)后进入第二凸透镜(15)，然后聚焦进入CCD(16)，获得待测物体(9)的特定结构的高对比度图像。