CN109683332A - 基于光程延时激光背光照相装置 - Google Patents
基于光程延时激光背光照相装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109683332A CN109683332A CN201910011103.0A CN201910011103A CN109683332A CN 109683332 A CN109683332 A CN 109683332A CN 201910011103 A CN201910011103 A CN 201910011103A CN 109683332 A CN109683332 A CN 109683332A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- spectroscope
- reflecting mirror
- module
- reflection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000009432 framing Methods 0.000 claims abstract description 57
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 24
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 230000011514 reflex Effects 0.000 claims description 5
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 101000694017 Homo sapiens Sodium channel protein type 5 subunit alpha Proteins 0.000 description 1
- 241000321453 Paranthias colonus Species 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000012631 diagnostic technique Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J2001/4238—Pulsed light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本申请涉及一种基于光程延时激光背光照相装置，包括：激光器、分幅延时光路组件、时钟模块和图像获取模块，时钟模块分别与激光器以及图像获取模块电连接；分幅延时光路组件包括第一分光镜、第二分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；激光器用于在时钟模块的控制下，朝向第一分光镜发射激光；图像获取模块用于在时钟模块的控制下，在第二分光镜反射的激光射向实验负载时，朝向实验负载拍摄获取实验图像；图像获取模块包括分幅相机。通过设置分幅相机，实现了一次实现拍摄多幅不同时刻的实验图像。大大提高了实验效率，此外还减少了由于重复实验带来的不确定性，有效提高了实验的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及激光诊断技术领域，特别是涉及一种基于光程延时激光背光照相装置。
背景技术
激光阴影背光照相(Laser Backlighting Shadowgraphy)是一种非常实用的光学诊断技术。它广泛运用于各类高能物理实验中。如金属丝电爆炸，气体放电，激光等离子体技术等。针对于这类实验，激光阴影背光照相能够记录其金属爆炸产物以及等离子体的发展状况。在气体中还能够记录冲击波的发展。激光阴影反映了密度二阶梯度信息，对于一些有一维对称或者二维对称的爆炸过程，我们可以定性的得到某一时刻密度分布。然而，对于目前激光阴影背光照相而言，最大的问题在于一次实验中只能够沿同一个方向得到一副激光图像。想要得到类似于等离子体和冲击波发展速度等信息需要不同时刻的激光背光图像。这就需要调整激光脉冲和电流电压等信号的相对延时，多次重复实验才能得到完整的实验数据。然而，这种做法大大降低了实验效率。而且许多大型装置实验成本很高，如美国Sandia实验室的Z装置和Saturn装置的Z箍缩实验中，每一发的成本超过了一百万美元。并且每一发的实验的状态也不是完全相同，通过多次重复实验最终得到的结果缺乏可信度。
发明内容
基于此，有必要提供一种基于光程延时激光背光照相装置。
一种基于光程延时激光背光照相装置，包括：激光器、分幅延时光路组件、时钟模块和图像获取模块，所述时钟模块分别与所述激光器以及所述图像获取模块电连接；
所述分幅延时光路组件包括第一分光镜、第二分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；所述激光器用于在所述时钟模块的控制下，朝向所述第一分光镜发射激光；所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光部分反射至所述第一反射镜，所述第一反射镜用于将所述第一分光镜反射的激光反射至所述第二分光镜；所述第二分光镜用于将所述第一反射镜反射的激光部分反射至实验负载，并且将所述第一反射镜反射的激光部分透射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将所述第二分光镜透射的激光反射至所述第三反光镜，所述第三反射镜用于所述第二反射镜反射的激光反射至所述第一分光镜；
所述第一分光镜用于将所述第三反射镜反射的激光部分反射至所述第一反射镜；
所述图像获取模块用于在所述时钟模块的控制下，在所述第二分光镜反射的激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像；
所述图像获取模块包括分幅相机。
在其中一个实施例中，所述时钟模块用于提供脉冲信号；
所述激光器用于根据所述脉冲信号，朝向所述第一分光镜发射激光；
所述图像获取模块用于根据所述脉冲信号，在所述第二分光镜反射的激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像。
在其中一个实施例中，所述图像获取模块还包括处理单元，所述处理单元与所述分幅相机电连接。
在其中一个实施例中，还包括第三分光镜和接收模块，所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光部分透射至所述第三分光镜；
所述第三分光镜用于将所述第一分光镜透射的激光部分透射至所述接收模块；
所述接收模块用于接收所述第三分光镜透射的激光。
在其中一个实施例中，还包括检测模块，所述检测模块与所述时钟模块电连接，所述第三分光镜用于将所述第一分光镜透射的激光部分反射至所述检测模块；
所述检测模块用于接收所述第三分光镜反射的激光，将接收到的激光转换为电信号，并检测所述电信号。
在其中一个实施例中，所述检测模块包括光电转换单元和示波单元，所述光电转换单元与所述示波单元电连接；
所述光电转换单元用于接收所述第三分光镜反射的激光，将接收到的激光转换为电信号；
所述示波单元用于检测所述电信号。
在其中一个实施例中，所述光电转换单元为光电二极管。
在其中一个实施例中，所述示波单元包括示波器。
在其中一个实施例中，所述时钟模块包括数字延时发生器。
在其中一个实施例中，激光沿着所述第一分光镜、所述第一反射镜、所述第二分光镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜传输至所述第一分光镜的距离为3m。
上述基于光程延时激光背光照相装置，通过设置分幅相机，实现了一次实现拍摄多幅不同时刻的实验图像。大大提高了实验效率，此外还减少了由于重复实验带来的不确定性，有效提高了实验的可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中基于光程延时激光背光照相装置的结构示意图；
图2为一个实施例中基于光程延时激光背光照相装置的脉冲波形示意图；
图3A为一个实施例中电力数据处理装置的图像获取模块拍摄的一实验图像；
图3B为一个实施例中电力数据处理装置的图像获取模块拍摄的另一实验图像；
图3C为一个实施例中电力数据处理装置的图像获取模块拍摄的又一实验图像。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于光程延时激光背光照相装置10，包括激光器100、分幅延时光路组件200、时钟模块400和图像获取模块300，所述时钟模块400分别与所述激光器100以及所述图像获取模块电300连接。
应该理解的是，图1中箭头为激光的传播方向。所述激光器用于在所述时钟模块的控制下，朝向所述第一分光镜发射激光。
所述分幅延时光路组件200包括第一分光镜210、第二分光镜220、第一反射镜230、第二反射镜240和第三反射镜250；所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光部分反射至所述第一反射镜，所述第一反射镜用于将所述第一分光镜反射的激光反射至所述第二分光镜；所述第二分光镜用于将所述第一反射镜反射的激光部分反射至实验负载，并且将所述第一反射镜反射的激光部分透射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将所述第二分光镜透射的激光反射至所述第三反光镜，所述第三反射镜用于所述第二反射镜反射的激光反射至所述第一分光镜。
所述第一分光镜用于将所述第三反射镜反射的激光部分反射至所述第一反射镜。
所述图像获取模块用于在所述时钟模块的控制下，在所述第二分光镜反射的激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像；所述图像获取模块包括分幅相机。
本实施例中，激光器又可以称为激光发射模块。激光器用于发射激光。第一分光镜、第二分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜分别间隔设置。值得一提的是，分幅相机是采用分光系统及快光电子技术，整合多台ICCD(Intensified Charge-coupledDevic，增强电荷耦合器件)相机于一体，实现高速分幅拍摄的一种超高速相机。
值得一提的是，第一分光镜和第二分光镜作为分光镜，既能透射光，也能反射光。分光镜用于将入射的激光分为两束，一束透射，一束反射，当分光镜将入射的光分别透射和反射时，则实现了对光的分光。
本实施例中，激光器发射的激光，依次经过第一分光镜的分光，第一反射镜的反射，第二分光镜的分光射向实验负载，为实验负载提供激光背光。
此外，激光还经过第二分光镜的分光，第二反射镜的反射和第三反射镜的反射，使得激光最终再次射向第一分光镜，并且由第一分光镜再次分光。再次分光后的激光经过第一反射镜的反射，第二分光镜的分光射向实验负载，再次为实验负载提供激光背光。这样，再一次分光后的激光再次射向实验负载，为实验负载提供激光背光。由于再次射向实验负载的激光与直接经过第二分光镜的分光射向实验负载的激光的传播距离不同，因此，两束激光摄像实验负载存在时间差，而这个时间差则与分幅相机拍摄时间间隔相等。
值得一提的是，本实施例中，激光沿第一分光镜、第一反射镜、第二分光镜传播至实验负载为的路线为第一光路，激光沿第二分光镜、第二反射镜和第三反射镜传播至第一分光镜的路线为第二光路，激光沿着第二光路不断循环传播，并不断沿着第一光路传播至实验负载。应该理解的是，当需要拍摄多幅实验图像时，则多束激光传播至实验负载，分幅相机在多束激光传播至实验负载的时刻分别对实验负载进行拍摄，从而获得多幅的实验图像。
值得一提的是，该实验负载可以是金属丝、激光打靶或冲击波，一个实例是，该实验负载为金属丝。实验负载对应的实验为如各类气体放电或者金属丝电爆炸实验。
本实施例中，通过设置分幅相机，实现了一次实现拍摄多幅不同时刻的实验图像。大大提高了实验效率，此外还减少了由于重复实验带来的不确定性，有效提高了实验的可靠性。
为了使得分幅相机能够准确地拍摄实验图像，在其中一个实施例中，所述时钟模块用于提供脉冲信号；所述激光器用于根据所述脉冲信号，朝向所述第一分光镜发射激光；所述图像获取模块用于根据所述脉冲信号，在所述第二分光镜反射的激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像。在其中一个实施例中，所述时钟模块包括数字延时发生器。
本实施例中，时钟模块为激光器和分幅相机提供脉冲信号，使得激光器能够根据脉冲信号发射激光，并且分幅相机能够根据脉冲信号进行拍摄，这样，每一束激光传播至实验负载时，分幅相机能够精确地对实验负载进行拍摄，获取实验图像。也就是说，数字延时发生器用于计时，在每间隔一预设时间，向激光器和图像获取模块发送脉冲信号，激光器在接收到脉冲信号后，向第一分光镜发射激光，图像获取模块在接收到到脉冲信号后，获取实验图像。
为了对获取到的实验图像进行解析，在其中一个实施例中，所述图像获取模块还包括处理单元，所述处理单元与所述分幅相机电连接。分幅相机用于将所述实验图像发送至处理单元。在一个实施例中，该处理单元为计算机，一个实施例中，该计算机还包括显示器，这样，计算机在接收到实验图像后，通过显示器能够实验图像进行显示，便于该实验图像的观看。
值得一提的是，分光镜在对激光进行分光时，不仅将激光反射，还将激光透射，为了使得第一分光镜透射的激光能够被接收，在其中一个实施例中，请再次参见图1，基于光程延时激光背光照相装置还包括第三分光镜510和接收模块600，所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光部分透射至所述第三分光镜；所述第三分光镜用于将所述第一分光镜透射的激光部分透射至所述接收模块；所述接收模块用于接收所述第三分光镜透射的激光。
本实施例中，经过第一分光镜透射的激光传播至第三分光镜，第三分光镜将第一分光镜透射来的激光透射至接收模块，以实现激光的收集。即第一分光镜透射来的激光经过第三分光镜的分光，其中一束传播至接收模块，被接收模块所接收。在一个实施例中，所述接收模块为激光采集器。通过激光采集器将第一分光镜透射的激光接收，避免激光射向外部环境中。使得其他不需要的光不能被分幅相机所拍摄，避免对实验图像造成影响。
值得一提的是，激光器发射的激光的能量较大，而为实验负载提供背光的激光的能量只需较小即可实现背光，为了使得较小的激光射向实验负载，在一个实施例中，所述第一分光镜透射的激光的强度与反射的激光的强度之比为0.95:0.05，即第一分光镜的分光比为0.95:0.05，所述第二分光镜透射的激光的强度与反射的激光的强度之比为0.95:0.05，即第二分光镜的分光比为0.95:0.05，即分光净透射的激光的强度远大于反射的激光的强度，这样，激光器发射的激光的能量为H，经过第一分光镜和第二分光镜的分光，射向实验负载的激光的能量为0.052H，经过第二分光镜透射、第二反射镜和第三反射镜传播至第一分光镜，后再次经过第一分光镜和第二分光镜的分光，射向实验负载的激光的能量为0.052*0.95H，则每一束射向实验负载的激光的强度为激光器发射的激光的强度的0.052*0.952(n-1)，其中n为射向实验负载的激光的次数，或者说，n为射向实验负载的激光的束数。
在一个实施例中，所述第一分光镜透射的激光的强度与反射的激光的强度之比为0.9:0.1，即第一分光镜的分光比为0.9:0.1，所述第二分光镜透射的激光的强度与反射的激光的强度之比为0.9:0.1，即第二分光镜的分光比为0.9:0.1。在本实施例中，每一束射向实验负载的激光的强度为激光器发射的激光的强度的0.12*0.92(n-1)。
在一个实施例中，所述第三分光镜透射的激光的强度与反射的激光的强度之比为0.95:0.05，这样，射向第三分光镜的激光将大部分透射至激光采集器进行回收采集。
值得一提的是，各分光镜的透射光的强度和反射光的强度之比，可通过调整分光镜与入射激光之间的角度实现调整。
为了实现对激光信号进行测量和解析，在其中一个实施例中，请再次参见图1，基于光程延时激光背光照相装置还包括检测模块700，所述检测模块与所述时钟模块电连接，所述第三分光镜用于将所述第一分光镜透射的激光部分反射至所述检测模块；所述检测模块用于接收所述第三分光镜反射的激光，将接收到的激光转换为电信号，并检测所述电信号。本实施例中，时钟模块用于为所述检测模块提供脉冲信号。
一个实施例中，电信号包括电流信号和电压信号。本实施例中，电流信号的脉冲与激光的脉冲相对应，通过获取电信号的脉冲，从而获得激光的脉冲。本实施例中，检测模块用于根据检测电信号，获得对应的电信号的脉冲，进而获得检测模块接收到的激光的脉冲，通过与时钟模块提供的脉冲进行对比，即可获得激光脉冲、电流信号的脉冲以及分幅相机的快门时刻是否对应。这样，利用检测模块对激光脉冲的检测，即可对激光器的发射、分幅相机的快门同步调整至所需的状态。
为了实现对激光信号进行测量和解析，在其中一个实施例中，请再次参见图1，所述检测模块700包括光电转换单元710和示波单元720，所述光电转换单元与所述示波单元电连接；所述光电转换单元用于接收所述第三分光镜反射的激光，将接收到的激光转换为电信号；所述示波单元用于检测所述电信号。在其中一个实施例中，所述光电转换单元为光电二极管。在其中一个实施例中，所述示波单元包括示波器。
本实施例中，光电二极管在接收到激光后，将生成电能，进而生成电信号，示波单元连接光电二极管，检测光电二极管的光信号，并输出该光信号的波形，进而实现了对光电二极管接收到的激光转换为电信号，以及检测该光电二极管的电信号。这样，利用示波器记录各个时刻，即可将激光器的发射、分幅相机的快门的同步调整至所需状态。
在其中一个实施例中，激光沿着所述第一分光镜、所述第一反射镜、所述第二分光镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜传输至所述第一分光镜的距离为3m。
本实施例中，所述第一分光镜与所述第一反射镜之间的距离、所述第一反射镜与所述第二分光镜之间的距离、所述第二分光镜与所述第二反射镜之间的距离、所述第二反射镜与所述第三反射镜之间的距离、所述第三反射镜与所述第一分光镜之间的距离之和为3m，由于激光沿着上述光学元件进行循环，这样，先后到达实验负载的两束激光的路程差为3m，而光速为C，由此可计算得出，先后到达实验负载的两束激光的到达时间差为10ns。这样，光程延时为10ns。这样，有利于分幅相机能够具有充分的快门反应时间，使得分幅相机能够匹配激光进行分幅拍摄。值得一提的是，光程延时为先后到达实验负载的两束激光的到达时间差。
一个实施例中，分幅相机的快门的时间间隔为光程延时的整数倍。
一个实施例中，时钟模块提供的脉冲宽度为3ns，本实施例中，脉冲宽度也可以称为脉冲周期，其表示激光器先后发射两次激光的时间间隔。
在一个实施例中，一种基于光程延时激光背光照相装置包括激光器、分幅延时光路组件、时钟模块和图像获取模块，所述时钟模块分别与所述激光器以及所述图像获取模块电连接；所述激光器用于在所述时钟模块的控制下，朝向所述第一分光镜发射激光；所述分幅延时光路组件包括第一分光镜、第二分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光分为第一激光和第二激光，以使所述第一激光射向所述第一反射镜，所述第一反射镜用于将所述第一激光反射至所述第二分光镜；所述第二分光镜用于将所述第一激光分为第三激光和第四激光，以使所述第三激光射向实验负载，以使所述第四激光射向所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将所述第四激光反射至所述第三反射镜，所述第三反射镜用于将所述第四激光反射至所述第一分光镜；所述第一分光镜用于将所述第四激光分为第五激光和第六激光，以使所述第五激光射向所述第一反射镜；所述图像获取模块用于在所述时钟模块的控制下，在激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像。
本实施例中，第一分光镜用于将所述激光器发射的激光分光为第一激光和第二激光，第一激光为第一分光镜反射的激光，第二激光为第一分光镜透射的激光。所述第二分光镜用于将所述第一激光分光为第三激光和第四激光，所述第三激光为第二分光镜反射的激光，所述第四激光为第二分光镜透射的激光。
所述第一分光镜还用于将所述第四激光分光为第五激光和第六激光，第五激光为第一分光镜反射的激光，第六激光为第一分光镜透射的激光。
在一个实施例中，基于光程延时激光背光照相装置还包括第三分光镜和接收模块，所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光分为第一激光和第二激光，以使所述第二激光射向所述第三分光镜；所述第三分光镜用于将所述第二激光分为第七激光和第八激光，以使所述第七激光射向所述接收模块；所述接收模块用于接收所述第七激光。
本实施例中，第六激光射向第三分光镜。所述第三分光镜用于将所述第二激光分光为第七激光和第八激光，第八激光为第一分光镜反射的激光，第七激光为第一分光镜透射的激光。
在一个实施例中，基于光程延时激光背光照相装置还包括检测模块，所述第三分光镜用于将所述第二激光分为第七激光和第八激光，以使所述第八激光射向所述检测模块；所述检测模块用于接收所述第八激光，将所述第八激光转换为电信号，并检测所述电信号。
在一个实施例中，所述检测模块包括光电转换单元和示波单元，所述光电转换单元与所述示波单元电连接；所述光电转换单元用于接收所述第八激光，并将所述第八激光转换为电信号；所述示波单元用于检测所述电信号。
在一个实施例中，所述第二激光的强度与第一激光的强度之比为0.95:0.05，在一个实施例中，所述第四激光的强度与第三激光的强度之比为0.95:0.05，在一个实施例中，所述第七激光的强度与第八激光的强度之比为0.95:0.05，在一个实施例中，所述第六激光的强度与第五激光的强度之比为0.95:0.05。
下面是具体地的实施例：
本实施例中，如图1所示，基于光程延时激光背光照相装置包括脉冲激光器100、分幅延时光路200和拍照系统300；其中，分幅延时光路100包括反射镜(230，240，250)，分光镜(210，220)和激光捕集器600；拍照系统包括分幅相机以及其上的变焦镜头、数字延时发生器400、光电二极管710、示波器720以及计算机。其中，数字延时发生器控制实验电信号(如各类气体放电或者金属丝电爆炸实验)、激光器的激光脉冲触发和分幅相机快门动作。光电二极管和示波器用来记录激光脉冲相对实验测量的其他信号(如电流，电压)的相对时刻。
由于多次分光，脉冲激光器的输出脉冲激光的能量要较大，输出的能量一般要在1J左右。激光器的脉冲时间一般为几个纳秒甚至亚纳秒和皮秒。具体多少要与实验情况相对应。如典型的金属丝爆炸实验需要纳秒级的激光来诊断。
分幅延时光路中分光镜的能量分光比为0.95:0.05，即透射光能量：反射光能量为0.95:0.05，或者0.9:0.1，总之，透射光能量应远大于反射光的能量。在这种情况下，每一束激光能量为0.052*0.952(n-1)，其中n为第几束激光；反射镜决定了延时光程的总长度。光在空气中传播速度近似认为3*108m/s。而反射镜包围的总长度除以光速即l/c，即为光程延时时间。例如，总长3m对应延时为10ns。激光捕集器可以吸收全部的激光能量，放置在整个光路末端，使得其他不需要的光不能进入分幅相机。
分幅相机的分幅时间间隔和门宽时间需要仔细调整。一般为t光程延时≈t分幅间隔>t门宽>t激光脉冲；例如，光程延时为10ns，分幅间隔设置为10ns，分幅相机门宽为5ns，激光脉冲时间为3ns。一个实施例中，可以设置分幅间隔为光程延时的n倍(n为整数)，但此时必须满足t光程延时>t门宽。根据权利要求1所述，利用示波器记录各个时刻，即可完成将同步调整至想要的状态。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
本发明基于光程延时的激光分幅背光照相，实现了一次实验拍摄多幅不同时刻的实验图像。大大提高了实验效率。尤其是对于我国许多大型装置上的实验，如PTS，强光一号等。同时还减少了由于重复实验带来的不确定性。同时，利用光程来延时十分准确，并且延时时间任意可调。
参见图1，从脉冲激光器中100射出一束激光I0(～1J，～ns)。经过分光镜210时，激光分为两束，分光比为0.95:0.05。其中大部分激光透射至分光镜510，小部分反射至反射镜230。激光经过分光镜510中，再次分光成两部分，大部分能量被束集器吸收，小部分照射到光电二极管710上，测得的信号反映至示波器720里。经过分光镜210反射的光在反射镜230和分光镜220中两次反射，最终入射至实验所需的负载中(金属丝，激光触发间隙，冲击波等)。而其余占大部分能量的激光通过反射镜(240，250)和再次到达分光镜210处。再次透射和反射，其中透射的激光视为I1，反射的激光被吸收并且可以通过光电二极管再次记录。一次往复，理论上可以得到无数束激光，但是由于实际情况中的激光能量有限，往往只有前面几束激光能够真正反映出合适的结果。并且对于一般的分幅相机而言，有4分幅和12分幅等系列，具体能够得到几幅有用的信息视实际情况而定。光程全长为12m时，即可得到每一束激光之间的时间间隔为40ns。
在图2中，本发明使用了数字延时发生器对整个过程进行同步。数字延时发生器控制了激光器激光脉冲，实验触发(如开关动作，电压施加等)，分幅相机快门动作。调整各个延时，可以得到不同时刻的激光阴影背光照相图。其中需要注意的是，分幅相机的各个时间参数应该仔细调整。例如，本发明中分幅相机分幅时间间隔为24ns，门宽为5ns，对应激光器脉冲为3ns。这一切具体的时刻可以在示波器中观察得到。最后所得图像等信息在计算机中显示。
图2是应用本发明所得的典型实验结果。本实验是在脉冲电流源进行的Z箍缩实验，实验负载为典型的金属Al丝阵。对于丝阵Z箍缩而言，可以观察到典型的先驱等离子体行为。传统的激光阴影图像一次实验中只能得到一张图片，大大降低了实验效率并且对于大型装置实验里极大的提高了成本。本申请可以一次拍许多张图片，其中图3B和图3C即为其中的两张，时间间隔为30ns。在图2中虚线表示的分别是2分幅的快门开启时刻，代表了拍摄的2张图片。其中黑色细线为激光脉冲时刻，由于本数据没有调整电缆延时带来的影响，实际情况中黑色细线所代表的脉冲在2个快门信号之间。通过示波器波形，我们可以清楚的知道相机，激光器和电流波形之间的同步。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，包括：激光器、分幅延时光路组件、时钟模块和图像获取模块，所述时钟模块分别与所述激光器以及所述图像获取模块电连接；
所述分幅延时光路组件包括第一分光镜、第二分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；所述激光器用于在所述时钟模块的控制下，朝向所述第一分光镜发射激光；所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光部分反射至所述第一反射镜，所述第一反射镜用于将所述第一分光镜反射的激光反射至所述第二分光镜；所述第二分光镜用于将所述第一反射镜反射的激光部分反射至实验负载，并且将所述第一反射镜反射的激光部分透射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将所述第二分光镜透射的激光反射至所述第三反光镜，所述第三反射镜用于所述第二反射镜反射的激光反射至所述第一分光镜；
所述第一分光镜用于将所述第三反射镜反射的激光部分反射至所述第一反射镜；
所述图像获取模块用于在所述时钟模块的控制下，在所述第二分光镜反射的激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像；
所述图像获取模块包括分幅相机。
2.根据权利要求1所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，所述时钟模块用于提供脉冲信号；
所述激光器用于根据所述脉冲信号，朝向所述第一分光镜发射激光；
所述图像获取模块用于根据所述脉冲信号，在所述第二分光镜反射的激光射向所述实验负载时，朝向所述实验负载拍摄获取实验图像。
3.根据权利要求1所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，所述图像获取模块还包括处理单元，所述处理单元与所述分幅相机电连接。
4.根据权利要求1所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，还包括第三分光镜和接收模块，所述第一分光镜用于将所述激光器发射的激光部分透射至所述第三分光镜；
所述第三分光镜用于将所述第一分光镜透射的激光部分透射至所述接收模块；
所述接收模块用于接收所述第三分光镜透射的激光。
5.根据权利要求1所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，还包括检测模块，所述检测模块与所述时钟模块电连接，所述第三分光镜用于将所述第一分光镜透射的激光部分反射至所述检测模块；
所述检测模块用于接收所述第三分光镜反射的激光，将接收到的激光转换为电信号，并检测所述电信号。
6.根据权利要求5所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，所述检测模块包括光电转换单元和示波单元，所述光电转换单元与所述示波单元电连接；
所述光电转换单元用于接收所述第三分光镜反射的激光，将接收到的激光转换为电信号；
所述示波单元用于检测所述电信号。
7.根据权利要求6所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，所述光电转换单元为光电二极管。
8.根据权利要求6所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，所述示波单元包括示波器。
9.根据权利要求1至8任一项中所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，所述时钟模块包括数字延时发生器。
10.根据权利要求1至8任一项中所述的基于光程延时激光背光照相装置，其特征在于，激光沿着所述第一分光镜、所述第一反射镜、所述第二分光镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜传输至所述第一分光镜的距离为3m。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910011103.0A CN109683332B (zh) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 基于光程延时激光背光照相装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910011103.0A CN109683332B (zh) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 基于光程延时激光背光照相装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109683332A true CN109683332A (zh) | 2019-04-26 |
| CN109683332B CN109683332B (zh) | 2021-06-22 |
Family
ID=66192032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910011103.0A Active CN109683332B (zh) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 基于光程延时激光背光照相装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109683332B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110673160A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-10 | 北科天绘(合肥)激光技术有限公司 | 数据融合处理方法及激光相机、对应的智能车或无人机 |
| CN110879216A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-13 | 广州供电局有限公司 | 多分幅阴影诊断方法和多分幅阴影诊断装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11101694A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Japan Science & Technology Corp | 光位相特性測定装置及び測定方法 |
| US20070263682A1 (en) * | 2005-12-27 | 2007-11-15 | Rensselaer Polytechnic Institute | Methods and systems for the enhancement of terahertz wave generation for analyzing a remotely-located object |
| CN102262070A (zh) * | 2011-04-27 | 2011-11-30 | 中国科学院物理研究所 | 亚脉冲宽度的2飞秒精度超快时间分辨系统 |
| CN103197499A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-07-10 | 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 |
| CN103868595A (zh) * | 2014-03-06 | 2014-06-18 | 湖南大学 | 一种空间分离的泵浦-探测瞬态吸收光谱仪及实现方法 |
| CN104458646A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-03-25 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种高速多幅太赫兹时域光谱成像仪 |
-
2019
- 2019-01-07 CN CN201910011103.0A patent/CN109683332B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11101694A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Japan Science & Technology Corp | 光位相特性測定装置及び測定方法 |
| US20070263682A1 (en) * | 2005-12-27 | 2007-11-15 | Rensselaer Polytechnic Institute | Methods and systems for the enhancement of terahertz wave generation for analyzing a remotely-located object |
| CN102262070A (zh) * | 2011-04-27 | 2011-11-30 | 中国科学院物理研究所 | 亚脉冲宽度的2飞秒精度超快时间分辨系统 |
| CN103197499A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-07-10 | 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 |
| CN103868595A (zh) * | 2014-03-06 | 2014-06-18 | 湖南大学 | 一种空间分离的泵浦-探测瞬态吸收光谱仪及实现方法 |
| CN104458646A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-03-25 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种高速多幅太赫兹时域光谱成像仪 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110673160A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-10 | 北科天绘(合肥)激光技术有限公司 | 数据融合处理方法及激光相机、对应的智能车或无人机 |
| CN110879216A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-13 | 广州供电局有限公司 | 多分幅阴影诊断方法和多分幅阴影诊断装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109683332B (zh) | 2021-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101644887A (zh) | 一种门控型像增强器曝光时间的测量方法及其测量系统 | |
| CN106604511B (zh) | 一种测量高密度等离子体运动速度的方法 | |
| CN114567772B (zh) | 一种像增强器光学门控时间特性的测量方法及测量系统 | |
| CN105549029A (zh) | 一种照明扫描叠加成像系统及方法 | |
| CN109683332A (zh) | 基于光程延时激光背光照相装置 | |
| CN107422336A (zh) | 一种大视场大景深的变分辨率非扫描条纹管激光成像系统 | |
| CN103197499A (zh) | 一种同时分幅扫描超高速光电摄影系统 | |
| CN103542942B (zh) | 一种多路单脉冲激光参数的分时测量方法及装置 | |
| CN101923161B (zh) | 共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置和方法 | |
| US3467773A (en) | Television monitoring system for penetrating a light backscattering medium | |
| Krauz et al. | Laboratory modeling of the rotation of jets ejected from young stellar objects at studies the azimuthal structure of an axial jet at the PF-3 facility | |
| CN110955107A (zh) | 一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法 | |
| US3334538A (en) | Sequential time delay display device | |
| CN106454334B (zh) | 一种x射线分幅相机曝光时间的测量装置 | |
| KR101451835B1 (ko) | 연속영상 촬영 장치 및 방법 | |
| US20220334234A1 (en) | Method for generating light pulses of a lidar system | |
| CN113438390B (zh) | 一种时间展宽型分幅相机及其成像方法 | |
| Coleman | Ultra-high-speed photography | |
| CN112462384A (zh) | 一种高分辨率固态面阵激光雷达系统、控制方法及装置 | |
| CN109115707A (zh) | 一种瞬态吸收检测系统和方法 | |
| CN113433142B (zh) | 适用于x射线诊断的高时空分辨光学系统 | |
| Hoppis et al. | Imaging high jitter, very fast phenomena: A remedy for shutter lag | |
| Sun et al. | High-speed laser retroreflective shadowgraph system for large-scale transient studies on a field-test range | |
| Neal et al. | Wavefront sensor testing in hypersonic flows using a laser-spark guide star | |
| CN112558089B (zh) | 闪光雷达和距离信息检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200923 Address after: 510620 Tianhe District, Guangzhou, Tianhe South Road, No. two, No. 2, No. Applicant after: Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.,Ltd. Address before: 510620 Tianhe District, Guangzhou, Tianhe South Road, No. two, No. 2, No. Applicant before: GUANGZHOU POWER SUPPLY Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |