CN109188707B - 一种激光阴影分幅照像激光分路系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光阴影成像技术，具体涉及一种激光阴影分幅照像激光分路系统及方法，目的在于解决现有激光分路方法实施难度大且成本高的问题。该系统包括线偏振激光器，入射光经扩束镜和半透半反镜后分为两束光，其中一束光经过第一全反镜后进入第一偏振分光棱镜；另一束光依次经过第二全反镜和第三全反镜，沿与另一束光平行的方向出射，透过设在光路上的半波片后进入第一偏振分光棱镜；两束光通过第一偏振分光棱镜后合束进入诊断腔体；两束光穿出诊断腔体后透过第一透镜进入第二偏振分光棱镜，第二偏振分光棱镜将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出；第一束经过第二透镜进入第一单反相机，第二束经过第三透镜进入第二单反相机。

Description

一种激光阴影分幅照像激光分路系统及方法
技术领域
本发明涉及激光阴影成像技术，具体涉及一种激光阴影分幅照像激光分路系统及方法。
背景技术
激光阴影成像广泛用于脉冲放电等离子体、高能激光与物质相互作用、激波物理以及天体物理学等相关研究中。该方法能够直观地反映探测目标形状、位置及不稳定性发展等定性的信息。其基本成像原理如图1所示，将被测物体置于透镜a的焦点上，透镜b与透镜a共焦点，这样阴影成像在透镜b的另一焦点上，图像大小之比即为焦距之比。
如图2所示，为实现探测目标形态演化诊断，获取其边界运动速度，须采用至少两分幅阴影成像。一般情况下，可以通过不同视角对待测目标进行成像，此时为了分析目标边界运动速度，必须采用轴对称假设。
对非轴对称目标，只有从同一视角进行多分幅阴影成像，才能准确获得边界演化速度。为了防止相同方向入射的两束不同时刻激光在成像时相互干扰，通常在相机前使用开门时间与激光到达时刻精确同步的电子快门。这种方法不仅涉及复杂的同步定时系统，还需要防电磁干扰屏蔽设计，实施难度大且成本高。
发明内容
本发明目的在于解决现有激光分路方法因涉及复杂的同步定时系统，以及需要防电磁干扰屏蔽设计，导致存在实施难度大且成本高的技术问题，提供一种实施简单、成本低的激光阴影分幅照像激光分路系统及方法，可实现两束激光对待测目标同视角分幅阴影成像。
为了完成上述目的，本发明的具体技术解决方案是：一种激光阴影分幅照像激光分路系统，包括线偏振激光器，线偏振激光器出射光路上设有扩束镜和半透半反镜，入射光依次经扩束镜和半透半反镜后分为光束A和光束B，其特殊之处在于：光束A的光路上设有第一全反镜，光束A经过第一全反镜后进入第一偏振分光棱镜；
光束B的光路上设有用于光程延时的第二全反镜和第三全反镜，光束B经依次经过第二全反镜和第三全反镜，沿与光束A平行的方向出射，透过设在光路上的半波片，半波片使光束B的偏振方向旋转90°后进入第一偏振分光棱镜；
光束A和光束B通过第一偏振分光棱镜后合束沿同一光路先后穿过诊断腔体，穿出诊断腔体后透过第一透镜依次进入第二偏振分光棱镜，由第二偏振分光棱镜将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出；光束A经过第二透镜后进入第一单反相机，光束B经过第三透镜后进入第二单反相机。
进一步地，第二偏振分光棱镜与第三透镜之间设有第四全反镜，光束B经过第四全反镜后沿与光束A平行的方向射出，透过第三透镜后进入第二单反相机。
进一步地，第一透镜与第二透镜、第三透镜的共焦面处均设有光阑。
进一步地，第一单反相机和第二单反相机的入射窗口分别设有与两束光波长相对应的窄带干涉滤光片。
同时，本发明还提出了一种激光阴影分幅照像激光分路方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)获得具有一定时间差、偏振方向互相垂直的两束探针激光：将线偏振激光器发出的线偏振脉冲激光经扩束镜后由半透半反镜分为光束A和光束B，光束A保持偏振方向不变，经第一全反镜反射后进入第一偏振分光棱镜；光束B依次通过第二全反镜和第三全反镜延时后透过半波片，光束B通过半波片使其偏振方向旋转90°后沿与光束A平行的方向进入第一偏振分光棱镜；
2)两束探针激光同视角耦合进入诊断腔体：两束光通过第一偏振分光棱镜后合束进入诊断腔体；
3)耦合激光出诊断腔体后分束与成像：光束A和光束B穿出诊断腔体后透过第一透镜后进入第二偏振分光棱镜，由第二偏振分光棱镜将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出，光束A经过第二透镜后进入第一单反相机，光束B经过第三透镜后进入第二单反相机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明通过半透半反镜将入射激光分为两束光，其中一束光保持偏振方向不变，经第一全反镜反射后进入第一偏振分光棱镜；另一束光依次通过第一全反镜、第二全反镜延时后透过半波片，该束光通过半波片使其偏振方向旋转90°后沿与另一束光平行的方向进入第一偏振分光棱镜；两束光通过第一偏振分棱镜后合束进入诊断腔体；由第二偏振分光棱镜将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出，第一束经过第二透镜后进入第一单反相机，第二束经过第三透镜后进入第二单反相机。整套系统功能的实现无需复杂光学器件，成本较低，操作简单可靠。
2.该系统第二偏振分光棱镜与第三透镜之间设有第四全反镜，使第二束光线经过第四全反镜后沿与第一束光线平行的方向射出，节省安装空间。
3.在第一透镜与第二透镜、第三透镜的共焦面处分别设置光阑，第一单反相机和第二单反相机的入射窗口分别设置与两束光波长相对应的窄带干涉滤光片，可以避免因单反相机长时间曝光而受到待测目标自发光和背景杂散光的干扰。
附图说明
图1为现有激光阴影成像基本光路原理图；
图2为现有多视角激光阴影分幅成像系统的示意图；
图3为本发明实施例激光阴影分幅照像激光分路系统的示意图。
图中：1-线偏振激光器，2-扩束镜，3-半透半反镜，4-第一全反镜，5-第二全反镜，6-第三全反镜，7-半波片，8-第一偏振分光棱镜，9-诊断腔体，10-第一透镜，11-第二偏振分光棱镜，12-第二透镜，13-第一单反相机，14-第三透镜，15-第二单反相机，16-第四全反镜，17-光阑，18-窄带干涉滤光片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图3，一种激光阴影分幅照像激光分路系统，包括线偏振激光器，线偏振激光器出射光路上设有扩束镜2和半透半反镜3，入射光依次经扩束镜2和半透半反镜3后分为两束光(即光束A和光束B)，其中一束光(即光束A)的光路上设有第一全反镜4，该束光经过第一全反镜4后进入第一偏振分光棱镜8；
另一束光(即光束B)的光路上设有用于光程延时的第二全反镜5和第三全反镜6，该束光经依次经过第二全反镜5和第三全反镜6，沿与另一束光平行的方向出射，透过设在光路上的半波片7，使其偏振方向旋转90°后进入第一偏振分光棱镜8；
两束光通过第一偏振分光棱镜8后合束沿同一光路先后穿过诊断腔体9，穿出诊断腔体9后透过第一透镜10依次进入第二偏振分光棱镜11，由第二偏振分光棱镜11将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出，第一束经过第二透镜12后进入第一单反相机13，第二束光线经过设置在第二偏振分光棱镜11与第三透镜14之间的第四全反镜16沿与第一束光线平行的方向射出，透过第三透镜14后进入第二单反相机15。第一透镜10与第二透镜12、第三透镜14的共焦面处均设有光阑17。第一单反相机13和第二单反相机15的入射窗口分别设有与两束光波长相对应的窄带干涉滤光片18。
同时，本发明还提出了一种激光阴影分幅照像激光分路方法，包括以下步骤：
1)利用激光器获得具有一定时间差、偏振方向互相垂直的两束探针激光：将线偏振激光器1发出的线偏振脉冲激光经扩束镜2后由半透半反镜3分为两束光，其中一束光保持偏振方向不变，经第一全反镜4反射后进入第一偏振分光棱镜8；另一束光依次通过第二全反镜5和第三全反镜6延时后透过半波片7，该束光通过半波片7使其偏振方向旋转90°后沿与另一束光平行的方向进入第一偏振分光棱镜8，如此利用一台激光器获得两束具有一定时间差，偏振方向垂直的探针激光，操作简单；
2)两束探针激光同视角耦合进入诊断腔体：两束偏振方向互相垂直的探针激通过第一偏振分光棱镜8后合束沿同一光路进入诊断腔体9，实现了两束激光的无损合束；
3)耦合激光出诊断腔体后分束与成像：两束光依次经过待测目标后穿出诊断腔体9，透过第一透镜10后进入第二偏振分光棱镜11，由第二偏振分光棱镜11将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出，第一束经过第二透镜12后进入第一单反相机13，第二束经过第四全反镜16后沿与第一束光线平行的方向射出，透过第三透镜14后进入第二单反相机15。使用两台单反相机长时间曝光分别接收一路探针激光形成的阴影像，无需复杂光学器件和同步定时设备，成本低，操作简单可靠。
应当说明，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光阴影分幅照像激光分路系统，包括线偏振激光器(1)，线偏振激光器(1)出射光路上设有扩束镜(2)和半透半反镜(3)，入射光依次经扩束镜(2)和半透半反镜(3)后分为光束A和光束B，其特征在于：
光束A的光路上设有第一全反镜(4)，光束A经过第一全反镜(4)后进入第一偏振分光棱镜(8)；
光束B的光路上设有用于光程延时的第二全反镜(5)和第三全反镜(6)，光束B经依次经过第二全反镜(5)和第三全反镜(6)，沿与光束A平行的方向出射，透过设在光路上的半波片(7)，半波片使光束B的偏振方向旋转90°后进入第一偏振分光棱镜(8)；
光束A和光束B通过第一偏振分光棱镜(8)后合束沿同一光路先后穿过诊断腔体(9)，穿出诊断腔体(9)后透过第一透镜(10)依次进入第二偏振分光棱镜(11)，由第二偏振分光棱镜(11)将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出；光束A经过第二透镜(12)后进入第一单反相机(13)，光束B经过第三透镜(14)后进入第二单反相机(15)。
2.根据权利要求1所述的激光阴影分幅照像激光分路系统，其特征在于：第二偏振分光棱镜(11)与第三透镜(14)之间设有第四全反镜(16)，光束B经过第四全反镜(16)后沿与光束A平行的方向射出，透过第三透镜(14)后进入第二单反相机(15)。
3.根据权利要求1或2所述的激光阴影分幅照像激光分路系统，其特征在于：第一透镜(10)与第二透镜(12)、第三透镜(14)的共焦面处均设有光阑(17)。
4.根据权利要求3所述的激光阴影分幅照像激光分路系统，其特征在于：第一单反相机(13)和第二单反相机(15)的入射窗口分别设有与两束光波长相对应的窄带干涉滤光片(18)。
5.一种激光阴影分幅照像激光分路方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获得具有一定时间差、偏振方向互相垂直的两束探针激光：将线偏振激光器(1)发出的线偏振脉冲激光经扩束镜(2)后由半透半反镜(3)分为光束A和光束B，光束A保持偏振方向不变，经第一全反镜(4)反射后进入第一偏振分光棱镜(8)；光束B依次通过第二全反镜(5)和第三全反镜(6)延时后透过半波片(7)，光束B通过半波片(7)使其偏振方向旋转90°后沿与光束A平行的方向进入第一偏振分光棱镜(8)；
2)两束探针激光同视角耦合进入诊断腔体(9)：两束光通过第一偏振分光棱镜(8)后合束进入诊断腔体(9)；
3)耦合激光出诊断腔体后分束与成像：光束A和光束B穿出诊断腔体(9)后透过第一透镜(10)后进入第二偏振分光棱镜(11)，由第二偏振分光棱镜(11)将两束光分束，使两束光分别沿方向不同的两个光路射出，光束A经过第二透镜(12)后进入第一单反相机(13)，光束B经过第三透镜(14)后进入第二单反相机(15)。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114993949B (zh) * 2022-05-27 2024-03-29 中国科学技术大学 一种紧凑型多分幅阴影和纹影成像仪

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108012399A (zh) * 2017-12-20 2018-05-08 华南理工大学 一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102833206B (zh) * 2012-09-13 2014-12-24 电子科技大学 一种基于偏振复用频带间插的ofdma-pon系统
CN103197499B (zh) * 2013-03-20 2017-03-08 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种同时分幅扫描超高速光电摄影系统
KR101700391B1 (ko) * 2014-11-04 2017-02-13 삼성전자주식회사 펄스 플라즈마의 고속 광학적 진단 시스템
CN104834201B (zh) * 2015-05-13 2018-01-19 北京工业大学 双波长偏振复用数字全息成像系统及方法
CN106604511B (zh) * 2016-11-24 2019-08-13 西北核技术研究所 一种测量高密度等离子体运动速度的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108012399A (zh) * 2017-12-20 2018-05-08 华南理工大学 一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统

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