CN109444140B - 一种超快全光单发多幅成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超快全光单发多幅成像装置。该超快全光单发多幅成像装置中的分光装置，设置在啁啾光脉冲产生装置的出射光路上，用于将参考光脉冲与待测探测光脉冲以预设角度合束形成合束光脉冲；衍射光学元件，设置在分光装置的出射光路上，用于将合束光脉冲衍射分离为空间分布的光束阵列；窄带干涉滤光片，以预设倾角设置在衍射光学元件的出射光路上，用于对光束阵列进行滤波，得到时间‑波长映射脉冲序列；成像元件，设置在窄带干涉滤光片的出射光路上，用于得到多幅不同中心波长的干涉条纹图像。本发明能实现单发次泵浦‑探测条件下超快二维分幅干涉成像，能同时探测光强度和相位超快变化，能提高分幅频率、空间带宽和时间分辨能力。

Description

一种超快全光单发多幅成像装置

技术领域

本发明涉及全光超快成像技术领域，特别是涉及一种超快全光单发多幅成像装置。

背景技术

超快成像技术是捕获材料在高温、高压等极端条件下的超快动力学响应特性的一种重要测试方法，开发高时间、空间分辨率的超快成像技术是推进材料微介观动态响应过程、超快物理化学过程、原子分子动力学等领域创新发展的重要手段。不同的事物发展过程具有不同的时间特性，需要相应时间分辨率的超快成像装置来探测各类瞬态过程。例如，碰撞、发射类运动过程需要毫秒和亚毫秒时间分辨；爆炸、爆轰、激波类快速过程要求微秒和亚微秒级时间分辨；高压放电、等离子体产生等超快过程需要纳秒和亚纳秒级时间分辨；等离子体增长和衰减过程、固体中声子和激子的衰变和迁移、液体中的解相时间和分子振动弛豫等过程要求皮秒级时间分辨；化学分子结构动力学、光合作用的原始反应等过程需要飞秒级时间分辨；高能离子和热电子的运动、原子壳层内的电子动力学等过程甚至要求阿秒级时间分辨。当然，除了时间分辨要求外，成像的高空间分辨率也是至关重要的，显微物镜成像可以满足微米至亚微米的高空间分辨率成像要求。

诸如上述的物质世界的超快演变过程可以主要分为两种：第一种是周期性重复发生的超快过程，这类过程通常利用高时间分辨的泵浦-探测技术超快成像，其时间分辨率由探针脉冲(例如皮秒、飞秒脉冲)的时域宽度决定；泵浦-探测技术超快成像优点是时间分辨率高，单幅有效像素点多，空间分辨率高，但其最大的局限性是没有时序分多幅成像能力，一次只能获取一个时刻的瞬态图像，需要多次不同延时的重复实验来拼接完整超快过程，要求所观测的超快过程必须具有高度可重复性和一致性。第二种是单次的、难以重复的概率性或复杂性的超快过程，例如爆炸冲击、激光损伤、激光聚变、量子跃迁、半导体载流子热运动和生物酶反应等过程，记录这类过程要求超快成像技术具有高时间分辨率、高摄影帧幅频率和单次分多幅的拍摄能力。显然，泵浦-探测技术是无法完整、准确地拍摄这类难以重复事件发生的完整过程。

目前能实现超快过程单次诊断的高速分多幅成像装置可以主要分为以下三种：(1)机械转镜式分幅成像装置；(2)光电变像管分幅成像；(3)全息高速分幅成像装置。机械转镜式分幅成像装置受限于机械转镜的转动速度，分幅频率难以突破10⁷fps量级，分幅频率有待提高；光电变像管分幅成像装置只能提供一维空间分辨，且受限于电子学系统带宽的限制，难以实现超快时间分辨的二维分幅成像；全息高速分幅成像装置受限于分幅数及图像空间带宽范围，空间带宽和时间分辨能力均有待提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种超快全光单发多幅成像装置，以实现单发次泵浦-探测条件下超快二维分幅干涉成像，具备同时探测材料中探测光强度和相位超快变化的优点，能提高分幅频率、空间带宽和时间分辨能力，能应用于探测单次的、难以重复的概率性或复杂性超快变化过程。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超快全光单发多幅成像装置，包括：

啁啾光脉冲产生装置，用于产生宽谱啁啾飞秒光脉冲；

分光装置，设置在所述啁啾光脉冲产生装置的出射光路上，用于将所述宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲，所述探测光脉冲入射待测样本后形成待测探测光脉冲，所述参考光脉冲与所述待测探测光脉冲以预设角度合束形成合束光脉冲；

衍射光学元件，设置在所述分光装置的出射光路上，用于将所述合束光脉冲衍射分离为空间分布的光束阵列；

窄带干涉滤光片，以预设倾角设置在所述衍射光学元件的出射光路上，用于对所述光束阵列进行干涉滤波，得到时间-波长映射脉冲序列；所述时间-波长映射脉冲序列由多个不同中心波长的光脉冲构成；

成像元件，设置在所述窄带干涉滤光片的出射光路上，用于使所述时间-波长映射脉冲序列成像，得到多幅不同中心波长的干涉条纹图像。

可选的，所述超快全光单发多幅成像装置还包括：

处理器，用于获取所有的干涉条纹图像，并对各所述干涉条纹图像分别进行处理，得到各所述干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息。

可选的，所述处理器包括：

光场重建模块，用于依据所有的干涉条纹图像重建各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场；

信息提取模块，用于通过将各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场进行对比，提取各所述干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息。

可选的，所述光场重建模块包括：

第一变换单元，用于对各所述干涉条纹图像分别进行二维傅里叶变换，得到多个第一变换图像；

载波项提取单元，用于提取各所述第一变换图像的高频载波项；

第二变换单元，用于对各所述第一变换图像的高频载波项分别进行二维傅里叶逆变换，得到多个第二变换图像；

光场重建单元，用于依据各所述第二变换图像重建各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场。

可选的，所述分光装置包括：第一透镜、小孔光阑、第二透镜、第一分光镜、第二分光镜、第一延迟元件、第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第三分光镜、第二延迟元件、第三延迟元件、第四反光镜、第四分光镜、第五分光镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜设置在所述啁啾光脉冲产生装置的出射光路上，所述宽谱啁啾飞秒光脉冲依次经过所述第一透镜、所述小孔光阑、所述第二透镜和所述第一分光镜，所述第一分光镜用于将所述宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲；

所述第二分光镜设置在所述探测光脉冲的出射光路上，用于将所述探测光脉冲分为第一探测光脉冲和第二探测光脉冲；所述第一探测光脉冲经所述第一延迟元件入射至所述待测样本的非泵浦激发区域，形成第一待测探测光脉冲，所述第二探测光脉冲依次经过所述第一反光镜、所述第二反光镜和所述第三反光镜后入射至所述待测样本的泵浦激发区域，形成第二待测探测光脉冲；

所述第三分光镜设置在所述参考光脉冲的出射光路上，用于将所述探测光脉冲分为第一参考光脉冲和第二参考光脉冲；所述第一参考光脉冲经所述第二延迟元件入射至所述第四分光镜，所述第二参考光脉冲依次经过所述第三延迟元件和所述第四反光镜入射至所述第五分光镜；

所述第四分光镜设置在所述第一待测探测光脉冲与所述第一参考光脉冲的相交处，用于将所述第一待测探测光脉冲与所述第一参考光脉冲合束形成第一合束光脉冲；所述第一合束光脉冲经所述第三透镜后入射至所述衍射光学元件；

所述第五分光镜设置在所述第二待测探测光脉冲与所述第二参考光脉冲的相交处，用于将所述第二待测探测光脉冲与所述第二参考光脉冲合束形成第二合束光脉冲；所述第二合束光脉冲经所述第四透镜后入射至所述衍射光学元件。

可选的，所述超快全光单发多幅成像装置还包括：第五透镜和第六透镜；

所述第五透镜和所述第六透镜均设置在所述窄带干涉滤光片的出射光路上；所述第一合束光脉冲依次经所述衍射光学元件衍射分离和所述窄带干涉滤光片干涉滤波后，得到非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列，所述非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列经所述第五透镜成像在所述成像元件上；所述第二合束光脉冲依次经所述衍射光学元件衍射分离和所述窄带干涉滤光片干涉滤波后，得到泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列，所述泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列经所述第六透镜成像在所述成像元件上。

可选的，所述第一延迟元件包括第五反光镜和第六反光镜；

所述第五反光镜设置在所述第一探测光脉冲的出射光路上，用于将所述第一探测光脉冲反射至所述第六反光镜；所述第六反光镜用于将所述第一探测光脉冲反射至所述待测样本的非泵浦激发区域。

可选的，所述成像元件为CCD相机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种超快全光单发多幅成像装置，所述超快全光单发多幅成像装置采用分光装置将宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲，探测光脉冲入射待测样本后形成待测探测光脉冲(携带待测样本瞬态信息的光脉冲)，参考光脉冲与待测探测光脉冲合束形成合束光脉冲；采用衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)将合束光脉冲衍射分离为空间分布的光束阵列；以预设倾角设置在衍射光学元件的出射光路上设置窄带干涉滤光片，使光束阵列中的光束以不同入射角度进入窄带干涉滤光片，得到多束不同中心波长的光脉冲，即时间-波长映射脉冲序列；设置成像元件，将时间-波长映射脉冲序列成像在成像元件上，从而捕获单发次激光诱导待测样本(损伤爆发区)的多幅瞬态图像信息。本发明能实现单发次泵浦-探测条件下超快二维分幅干涉成像，具备同时探测材料中探测光强度和相位超快变化的优点，能提高分幅频率、空间带宽和时间分辨能力，能应用于探测单次的、难以重复的概率性或复杂性超快变化过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种超快全光单发多幅成像装置的结构示意图；

图2为本发明实施例衍射分幅-光谱滤波脉冲整形模块的三维结构示意图；

图3为本发明实施例衍射分幅-光谱滤波脉冲整形模块的侧视图；

图4为本发明实施例超快全光单发多幅成像装置中处理器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种超快全光单发多幅成像装置的结构示意图。

参见图1，实施例的超快全光单发多幅成像装置，包括：

啁啾光脉冲产生装置1，用于产生宽谱啁啾飞秒光脉冲；分光装置2，设置在所述啁啾光脉冲产生装置1的出射光路上，用于将所述宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲，所述探测光脉冲入射待测样本23后形成待测探测光脉冲(携带待测样本瞬态信息的光脉冲)，所述参考光脉冲与所述待测探测光脉冲以预设角度合束形成合束光脉冲；衍射光学元件3，设置在所述分光装置2的出射光路上，用于将所述合束光脉冲衍射分离为空间分布的光束阵列；窄带干涉滤光片4，以预设倾角设置在所述衍射光学元件3的出射光路上，用于对所述光束阵列进行干涉滤波，得到时间-波长映射脉冲序列；所述时间-波长映射脉冲序列由多个不同中心波长的光脉冲构成；成像元件5，设置在所述窄带干涉滤光片4的出射光路上，用于使所述时间-波长映射脉冲序列成像，得到多幅不同中心波长的干涉条纹图像，本实施例中，所述成像元件为CCD相机。所述衍射光学元件3、窄带干涉滤光片4和成像元件5构成了衍射分幅-光谱滤波脉冲整形模块。本实施例中采用小角度合束，其目的是实现所述参考光脉冲与所述待测探测光脉冲的相干干涉，所述小角度的范围通常为0.3°-1.0°，且本实施例中，在两个小角度光束重叠干涉前，分别采用所述衍射光学元件3和所述窄带干涉滤光片4对其衍射分幅-光谱滤波脉冲整形，从而在所述成像元件5上形成多个干涉条纹，以实现后续的超快信息探测。

所述分光装置2包括：第一透镜6、小孔光阑7、第二透镜8、第一分光镜9、第二分光镜10、第一延迟元件11、第一反光镜12、第二反光镜13、第三反光镜14、第三分光镜15、第二延迟元件16、第三延迟元件17、第四反光镜18、第四分光镜19、第五分光镜20、第三透镜21和第四透镜22。

所述第一透镜6设置在所述啁啾光脉冲产生装置的出射光路上，所述宽谱啁啾飞秒光脉冲依次经过所述第一透镜6、所述小孔光阑7、所述第二透镜8和所述第一分光镜9，所述第一分光镜9用于将所述宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲。

所述第二分光镜10设置在所述探测光脉冲的出射光路上，用于将所述探测光脉冲分为第一探测光脉冲和第二探测光脉冲；所述第一探测光脉冲经所述第一延迟元件11入射至所述待测样本23的非泵浦区域，形成第一待测探测光脉冲，所述第二探测光脉冲依次经过所述第一反光镜12、所述第二反光镜13和所述第三反光镜14后入射至所述待测样本23的泵浦区域，形成第二待测探测光脉冲。

所述第三分光镜15设置在所述参考光脉冲的出射光路上，用于将所述探测光脉冲分为第一参考光脉冲和第二参考光脉冲；所述第一参考光脉冲经所述第二延迟元件16入射至所述第四分光镜19，所述第二参考光脉冲依次经过所述第三延迟元件17和所述第四反光镜18入射至所述第五分光镜20。

所述第四分光镜19设置在所述第一待测探测光脉冲与所述第一参考光脉冲的相交处，用于将所述第一待测探测光脉冲与所述第一参考光脉冲合束形成第一合束光脉冲；所述第一合束光脉冲经所述第三透镜21后入射至所述衍射光学元件3。

所述第五分光镜20设置在所述第二待测探测光脉冲与所述第二参考光脉冲的相交处，用于将所述第二待测探测光脉冲与所述第二参考光脉冲合束形成第二合束光脉冲；所述第二合束光脉冲经所述第四透镜22后入射至所述衍射光学元件3。

本实施例在泵浦区域与非泵浦区域各设置一路超快探测，其在非泵浦区域设置一路超快探测的原因为：探测光也可能会对待测样品有激发作用，从而引起待测样品产生很微弱的超快变化，因此，分别获得泵浦区域和非泵浦区域的超快变化后，再扣除掉非泵浦区探测光的影响，从而就能获得泵浦激区由泵浦光诱导的超快变化，准确度更高。

作为一种可选的实施方式，所述超快全光单发多幅成像装置还包括：第五透镜24和第六透镜25。

所述第五透镜24和所述第六透镜25均设置在所述窄带干涉滤光片的出射光路上；所述第一合束光脉冲依次经所述衍射光学元件3衍射分离和所述窄带干涉滤光片4干涉滤波后，得到非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列，所述非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列经所述第五透镜24成像在所述成像元件上；所述第二合束光脉冲依次经所述衍射光学元件3衍射分离和所述窄带干涉滤光片4干涉滤波后，得到泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列，所述泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列经所述第六透镜25成像在所述成像元件5上。

作为一种可选的实施方式，所述第一延迟元件11包括第五反光镜和第六反光镜；所述第五反光镜设置在所述第一探测光脉冲的出射光路上，用于将所述第一探测光脉冲反射至所述第六反光镜；所述第六反光镜用于将所述第一探测光脉冲反射至所述待测样本23的非泵浦激发区域。所述第二延迟元件16、所述第三延迟元件17的结构与所述第一延迟元件11的结构相同，均是由两块反光镜构成，三组延迟元件的作用是保证探测光脉冲与参考光脉冲的时间同步。

作为一种可选的实施方式，在成像时采用显微成像的方式，显微成像采用4f成像系统。

下面对上述超快全光单发多幅成像装置的原理进行说明。

啁啾光脉冲的典型特征是不同波长分量分布在脉冲内不同时刻，将其作为探测光穿过待测样品(激光损伤区)，那么不同波长分量将携带损伤爆发过程中不同时刻的图像信息；然后，利用衍射光学元件(DOE)，将啁啾光脉冲衍射分离为空间分布的光束阵列，每个光束具有原始光束的特征(除了功率和传播角度)；光束阵列再穿过倾斜放置的窄带滤光片，把不同入射角度的光束滤波成具有不同中心波长的光脉冲，从而将携带损伤信息的啁啾光脉冲空间整形为时间-波长映射脉冲序列；最后，将具有波长-时间映射关系的光束阵列成像在CCD上，从而捕获单发次激光诱导损伤爆发区的多幅瞬态图像信息。

图2为本发明实施例衍射分幅-光谱滤波脉冲整形模块的三维结构示意图；图3为本发明实施例衍射分幅-光谱滤波脉冲整形模块的侧视图。

参见图2，δ表示第一待测探测光脉冲与第一参考光脉冲的空间夹角，δ′表示第二待测探测光脉冲与第二参考光脉冲的空间夹角，λ_i表示非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列各光脉冲的中心波长，λ′_i表示泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列各光脉冲的中心波长，γ表示DOE底边与水平方向x轴的夹角，θ表示窄带干涉滤光片相对于DOE平面的倾角(预设倾角)，图2中i取值为1,2,3,4；a表示非泵浦激发区的干涉图像示意，b表示泵浦激发区的干涉图像示意。由于图2中DOE为具有2×2的二维衍射图样，因此非泵浦激发区域和泵浦激发区域各有4束衍射光束，即i取值为1,2,3,4，而在具体实施过程中，并不限定特定的DOE的衍射图样，DOE的衍射图样为m×n，m＝2,3,4,......，n＝2,3,4,......，而选用何种DOE的二维衍射光束分布图样是根据DOE最大衍射角度、CCD像素及分辨率进行匹配优化得到的。

参见图3，衍射光学元件(DOE)的最大衍射角度为2α；不同入射角度的光脉冲通过窄带干涉滤光片，输出的光谱中心波长不同，λ(θ)表示入射角度为θ的光脉冲通过窄带干涉滤光片后的光谱中心波长，n_eff表示窄带干涉滤光片的有效折射率系数，λ₀表示光束垂直入射时窄带干涉滤光片的透射波长，即θ＝0时的透射波长。

本实施例中的超快全光单发多幅成像装置还包括：处理器，用于获取所有的干涉条纹图像，并对各所述干涉条纹图像分别进行处理，得到各所述干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息。图4为本发明实施例超快全光单发多幅成像装置中处理器的结构示意图。

参见图4，所述处理器包括：光场重建模块201，用于依据所有的干涉条纹图像重建各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场；信息提取模块202，用于通过将各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场进行对比，提取各所述干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息。本实施例采用参考光与携带待测样本瞬态信息的光脉冲进行干涉，得到单发多幅的干涉条纹图像，提取的干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息包括光的强度和相位信息，不仅能够反映瞬态事件过程中待测样品材料对光的吸收、反射、散射等强度相关信息，还能反映瞬态事件过程中待测样品材料的折射率、密度、等离子电子态密度等信息。

所述光场重建模块201包括：第一变换单元2011，用于对各所述干涉条纹图像分别进行二维傅里叶变换，得到多个第一变换图像；载波项提取单元2012，用于提取各所述第一变换图像的高频载波项，本实施例中，采用傅里叶滤波技术提取高频载波项，所述高频载波项包含探测光脉冲频域电场包络和参考光脉冲频域电场包络共轭的乘积；第二变换单元2013，用于对各所述第一变换图像的高频载波项分别进行二维傅里叶逆变换，得到多个第二变换图像，所述第二变换图像为衍射后每个滤波探测光脉冲时域电场包络和参考光脉冲时域电场包络共轭的乘积；光场重建单元2014，用于依据各所述第二变换图像重建各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场。

本实施例中，具体重建过程为：1)在泵浦激发前，用超短光脉冲测量仪器(例如频率分辨光学开关测量仪FROG等)测出衍射滤波后每个参考光脉冲时域电场包络强度及相位，也即获得了参考光脉冲时域电场包络共轭；2)采用第二变换单元2013所得结果(即衍射滤波后每个探测光脉冲时域电场包络和参考光脉冲时域电场包络共轭的乘积)除以参考光脉冲时域电场包络共轭，获得了探测光脉冲的时域电场包络及相位，从而重建获得了各所述泵浦激发区和非泵浦激发区的干涉条纹图像对应中心波长处的探测光脉冲的光场强度(即探测光脉冲的时域电场包络的平方)。

本实施例中采用光场重建模块201获得了泵浦激发区和非泵浦激发区的不同波长(对应不同时刻)探测光脉冲的光场强度，采用信息提取模块202对比分析泵浦激发区和非泵浦激发区的光场强度及相位差异，从而获得了泵浦区域发生的超快变化过程。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，包括：

啁啾光脉冲产生装置，用于产生宽谱啁啾飞秒光脉冲；

分光装置，设置在所述啁啾光脉冲产生装置的出射光路上，用于将所述宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲，所述探测光脉冲入射待测样本后形成待测探测光脉冲，所述参考光脉冲与所述待测探测光脉冲以预设角度合束形成合束光脉冲；

衍射光学元件，设置在所述分光装置的出射光路上，用于将所述合束光脉冲衍射分离为空间分布的光束阵列；

窄带干涉滤光片，以预设倾角设置在所述衍射光学元件的出射光路上，用于对所述光束阵列进行干涉滤波，得到时间-波长映射脉冲序列；所述时间-波长映射脉冲序列由多个不同中心波长的光脉冲构成；

成像元件，设置在所述窄带干涉滤光片的出射光路上，用于使所述时间-波长映射脉冲序列成像，得到多幅不同中心波长的干涉条纹图像；

所述分光装置包括：第一透镜、小孔光阑、第二透镜、第一分光镜、第二分光镜、第一延迟元件、第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第三分光镜、第二延迟元件、第三延迟元件、第四反光镜、第四分光镜、第五分光镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜设置在所述啁啾光脉冲产生装置的出射光路上，所述宽谱啁啾飞秒光脉冲依次经过所述第一透镜、所述小孔光阑、所述第二透镜和所述第一分光镜，所述第一分光镜用于将所述宽谱啁啾飞秒光脉冲分为探测光脉冲与参考光脉冲；

所述第二分光镜设置在所述探测光脉冲的出射光路上，用于将所述探测光脉冲分为第一探测光脉冲和第二探测光脉冲；所述第一探测光脉冲经所述第一延迟元件入射至所述待测样本的非泵浦激发区域，形成第一待测探测光脉冲，所述第二探测光脉冲依次经过所述第一反光镜、所述第二反光镜和所述第三反光镜后入射至所述待测样本的泵浦激发区域，形成第二待测探测光脉冲；

所述第三分光镜设置在所述参考光脉冲的出射光路上，用于将所述探测光脉冲分为第一参考光脉冲和第二参考光脉冲；所述第一参考光脉冲经所述第二延迟元件入射至所述第四分光镜，所述第二参考光脉冲依次经过所述第三延迟元件和所述第四反光镜入射至所述第五分光镜；

所述第四分光镜设置在所述第一待测探测光脉冲与所述第一参考光脉冲的相交处，用于将所述第一待测探测光脉冲与所述第一参考光脉冲合束形成第一合束光脉冲；所述第一合束光脉冲经所述第三透镜后入射至所述衍射光学元件；

所述第五分光镜设置在所述第二待测探测光脉冲与所述第二参考光脉冲的相交处，用于将所述第二待测探测光脉冲与所述第二参考光脉冲合束形成第二合束光脉冲；所述第二合束光脉冲经所述第四透镜后入射至所述衍射光学元件。

2.根据权利要求1所述的一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，还包括：

处理器，用于获取所有的干涉条纹图像，并对各所述干涉条纹图像分别进行处理，得到各所述干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息。

3.根据权利要求2所述的一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，

所述处理器包括：

光场重建模块，用于依据所有的干涉条纹图像重建各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场；

信息提取模块，用于通过将各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场进行对比，提取各所述干涉条纹图像对应的待测样本的瞬态图像信息。

4.根据权利要求3所述的一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，所述光场重建模块包括：

第一变换单元，用于对各所述干涉条纹图像分别进行二维傅里叶变换，得到多个第一变换图像；

载波项提取单元，用于提取各所述第一变换图像的高频载波项；

第二变换单元，用于对各所述第一变换图像的高频载波项分别进行二维傅里叶逆变换，得到多个第二变换图像；

光场重建单元，用于依据各所述第二变换图像重建各所述干涉条纹图像对应中心波长处的光场。

5.根据权利要求1所述的一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，

还包括：第五透镜和第六透镜；

所述第五透镜和所述第六透镜均设置在所述窄带干涉滤光片的出射光路上；所述第一合束光脉冲依次经所述衍射光学元件衍射分离和所述窄带干涉滤光片干涉滤波后，得到非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列，所述非泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列经所述第五透镜成像在所述成像元件上；所述第二合束光脉冲依次经所述衍射光学元件衍射分离和所述窄带干涉滤光片干涉滤波后，得到泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列，所述泵浦激发区域时间-波长映射脉冲序列经所述第六透镜成像在所述成像元件上。

6.根据权利要求1所述的一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，所述第一延迟元件包括第五反光镜和第六反光镜；

所述第五反光镜设置在所述第一探测光脉冲的出射光路上，用于将所述第一探测光脉冲反射至所述第六反光镜；所述第六反光镜用于将所述第一探测光脉冲反射至所述待测样本的非泵浦激发区域。

7.根据权利要求1所述的一种超快全光单发多幅成像装置，其特征在于，所述成像元件为CCD相机。

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