CN113959969B - 一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术 - Google Patents

一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术 Download PDF

Info

Publication number
CN113959969B
CN113959969B CN202111150593.6A CN202111150593A CN113959969B CN 113959969 B CN113959969 B CN 113959969B CN 202111150593 A CN202111150593 A CN 202111150593A CN 113959969 B CN113959969 B CN 113959969B
Authority
CN
China
Prior art keywords
imaging
time
signal light
infrared
light
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.)
Active
Application number
CN202111150593.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113959969A (zh
Inventor
曾和平
方迦南
黄坤
胡梦云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Huapu Information Technology Co ltd
Chongqing Huapu New Energy Co ltd
East China Normal University
Chongqing Institute of East China Normal University
Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co Ltd
Nanjing Roi Optoelectronics Technology Co Ltd
Yunnan Huapu Quantum Material Co Ltd
Original Assignee
Chongqing Huapu Information Technology Co ltd
Chongqing Huapu New Energy Co ltd
East China Normal University
Chongqing Institute of East China Normal University
Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co Ltd
Nanjing Roi Optoelectronics Technology Co Ltd
Yunnan Huapu Quantum Material Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Huapu Information Technology Co ltd, Chongqing Huapu New Energy Co ltd, East China Normal University, Chongqing Institute of East China Normal University, Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co Ltd, Nanjing Roi Optoelectronics Technology Co Ltd, Yunnan Huapu Quantum Material Co Ltd filed Critical Chongqing Huapu Information Technology Co ltd
Priority to CN202111150593.6A priority Critical patent/CN113959969B/zh
Publication of CN113959969A publication Critical patent/CN113959969A/zh
Priority to US17/936,161 priority patent/US11965827B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN113959969B publication Critical patent/CN113959969B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0633—Directed, collimated illumination

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明提供了一种高分辨超灵敏的红外高光谱成像方法，包括步骤如下：制备时域精密同步的中红外脉冲光与近红外脉冲光分别作为成像泵浦光与信号光；使用光学时间拉伸方法使成像信号光光谱时域拉伸，通过待测目标后与成像泵浦光同步到达硅基相机；利用非简并双光子吸收方法实现硅基相机对红外信号的灵敏探测成像，长波泵浦进一步压制噪声，成像灵敏度达少光子水平；控制泵浦光的延时使其对不同时间到达硅基相机的成像信号进行取样以获得其光谱信息，硅基相机不断采集数据完成对待测目标的红外高光谱成像，光谱分辨率达10‑4nm。

Description

一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术
技术领域
本发明涉及红外光谱探测与成像领域，尤其涉及一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术。
背景技术
高光谱成像是将成像技术与光谱技术相结合的多维信息获取手段，具有图谱合一的重要特征，其所获图谱像数据立方体同时包含目标物体的图像轮廓信息与精细光谱信息，能够实现目标物体的“指纹”识别。特别地，红外波段的光谱域较宽，位于分子的指纹光谱区，包含许多重要分子的振-转能级跃迁特征谱线，且有较强的穿透尘雾能力。因此，发展高性能的红外高光谱成像技术一直以来都是国际研究热点，不仅推动分子光谱学和空间天文学等基础学科的发展，而且在远程遥感、医学诊断、芯片检测等领域有着重要应用。
然而，现存红外高光谱成像受光谱色散分光、红外焦平面探测阵列等技术与器件的限制，亟需提升红外图谱的获取灵敏度和光谱分辨率。通常，其光谱分辨率通常在纳米水平，探测灵敏度在微瓦水平，极大限制了其在快速、非接触式的红外光谱成像检测方面的应用。例如，光栅、棱镜分光法需要配合扫描装置完成二维空间成像，极大限制了成像更新速率，且受分光器件空间距离影响，也制约着光谱的分辨率。又如，芯片镀膜分光通过在探测器像元上分别镀不同波段的滤波膜实现高光谱成像，虽具有较高的成像帧频，但其光谱分辨率低，通常大于10nm。再如，傅里叶红外光谱成像技术可以通过扫描长程干涉臂来获取更高的光谱分辨率，但其往往以牺牲图谱成像速率为代价。此外，用于红外高光谱成像的红外探测器通常采用带隙较窄的半导体材料(如碲镉汞、锑化铟)，具有较大的内禀暗噪声，通常需要复杂且昂贵的低温制冷装置，且在像素数目、像元大小和工作帧频等核心性能指标方面，远不及可见光波段的硅基器件，致使红外成像的空间分辨率、成像灵敏度、视场范围、成像速度等方面受到极大限制。
为此，本发明提出一种兼具高分辨与高灵敏的光谱成像技术，利用非简并双光子吸收红外探测技术，实现硅基成像器件对红外波段的响应；结合非线性光学取样技术，可以突破传统分光器件的局限。举例来说，所形成的高性能成像光谱技术可为组织病理诊断、痕量物质分析、材料无损检测等提供支撑。在病变初期，不同病理状态组织的化学组成和物理特征有着差异极小的反射率、吸收率及电磁能量，需要更高的探测灵敏度和光谱分辨率来甄别光谱特征峰，从而实现组织状态信息的精确检测。同时，高光谱成像对于图像引导手术具有重要意义，可为肿瘤切除手术提供可视化的判断条件。此外，红外光谱光谱成像技术在工业检测方面也发挥着重要作用，能够提供一种非接触式无损检测技术。红外电磁波能够穿透半导体基底进而由红外图像准确识别硅晶圆内部的裂纹、杂质、位错等，所形成的超灵敏红外半导体缺陷检测技术可为芯片工艺制程提供一种快速、高效的微电子封装无损检测手段。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像方法，包括如下步骤：
(1)制备时域精密同步的中红外超短脉冲与近红外超短脉冲作为成像泵浦光与信号光；
(2)对成像信号光采用光学时间拉伸技术，其通过色散介质后脉冲展宽，各波长在时域上分离，并经过待测目标以获取其轮廓信息与光谱信息；
(3)成像信号光经成像系统到达硅基CCD，成像泵浦光经二向色镜与信号光合束到达硅基CCD，泵浦光斑包裹信号光斑；
(4)成像泵浦光利用硅基材料上发生的非简并双光子吸收对成像信号光红外时域拉伸光谱进行非线性光学采样，并通过延时装置使中红外超短脉冲扫描不同时间到达Si-EMCCD的成像信号光以获得高光谱成像结果。
优选的，结合时间拉伸方法使信号光不同波长成分在时间上分离。
优选的，利用长波泵浦的非简并双光子吸收技术压制噪声、提高探测灵敏度。
优选的，结合非线性光学采样方法，以超短脉冲泵浦光对信号光时域拉伸光谱采样，提高光谱分辨率。
本发明还提供了一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像装置，所述装置包括：光源制备模块、时间拉伸模块、吸收样品模块、时间延迟器、计算机控制与采集模块、反射镜、二向色镜、Si-EMCCD单光子相机；
由光源制备模块产生时域脉冲同步的近红外信号光与中红外泵浦光，信号光经时间拉伸后进入吸收样品模块，通过成像系统被Si-EMCCD所接收，泵浦光经过时间延迟器，受计算机控制与采集模块控制，扫描不同时间到达Si-EMCCD的信号光，通过Si-EMCCD上发生的非简并双光子吸收得到高灵敏度、高光谱分辨率的高光谱成像结果。
优选的，所述的光源制备模块，包括不限于如下光源制备方法：高功率飞秒激光非线性参量下转换，被动同步双色激光器非线性差频。
优选的，所述时间拉伸模块中色散介质包括不限于：单模色散光纤、多模光纤、啁啾光纤布拉格光栅。
优选的，所述成像系统包括不限于：4f成像系统、单透镜成像系统。
本发明的有益效果如下：
采用基于非简并双光子吸收的红外成像技术，可以采用性能卓越的硅基成像器件，从而规避传统红外焦平面探测阵列在像元数目、空间分辨、帧频速率等个方面的局限。此外，结合长波泵浦技术，可以实现对背景噪声的进一步压制，显著提升红外信号的成像灵敏度。
利用时间拉伸光谱技术，可以突破传统分光手段的不足，通过基于超短脉冲高时间分辨的非线性光学采样技术，光谱分辨率可提升至10-4nm，较传统手段提高至少3-4个量级。
通过控制泵浦取样脉冲的时间延迟，可以灵活选取所需光谱的波长范围和分析精度，且能实现非均匀光谱分辨的高光谱成像技术，大幅减少了实际应用中对全谱有效信息成像所需的采集时间。
附图说明
图1高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像原理示意图，
图2高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像实施例示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业人员的理解：
得益于成熟的硅光子集成技术，现有硅基CCD具极高的灵敏度，部分甚至可以达到单光子的响应水平。但受半导体材料响应波段的限制，硅基CCD无法直接响应红外波段。本发明通过长波泵浦的非简并双光子吸收技术进行成像，即，使红外信号光脉冲与长波泵浦脉冲同时入射到硅基CCD感光面上，实现对红外波段的灵敏探测，充分利用了硅基CCD空间分辨率高、探测灵敏度高、响应速度快、视场大、商业化成熟等特点。
所述的非简并双光子吸收如附图一所示，泵浦光与信号光对应的光子能量分别为 和/>在没有泵浦光的情况下，由于Ep<Eg，所以通常硅探测器无法响应大于1100nm的红外波段。通过施加合适的泵浦光场，使得两个光子的能量之和大于硅材料的禁带能量Eg，可以通过非简并双光子吸收的过程来实现电子从价带到导带的跃迁，进而产生载流子。相比近红外信号光的简并双光子吸收探测，非简并方案具有更高的吸收系数。本发明采用中红外长波泵浦，其光子能量Ep<Eg/2，因此可以消除了泵浦光自身的简并双光子吸收噪声。由于剩余背景噪声主要来源于泵浦光的简并三光子或四光子吸收，相对于双光子吸收过程在概率上有数量级的降低，因此即便在很高的泵浦强度下，引起的背景噪声可忽略不计。
本发明方案中，成像信号光脉冲只有在泵浦光脉冲的作用下才能由半导体材料的非简并双光子吸收而被探测器所高效探测，即实现了泵浦光脉冲对信号光的时间分辨成像。结合光学时间拉伸技术对信号光进行时域光谱拉伸，使信号光不同时间达到探测器的光谱信息不同，则对时间分辨成像的同时，也是对光谱分辨的成像，最终可实现基于时间拉伸的高光谱成像。
所述的光学时间拉伸技术，即超快脉冲激光通过色散介质，使不同波长的光在时域上分离开，通过测量时间的差异推算出脉冲光的光谱信息，实现了从测量波长到测量时间的转变，可极大提升光谱分辨力。光谱分辨能力δλ的极限由泵浦光脉宽Δt、信号光拉伸光谱总宽度Δλ、信号光拉伸光谱填满整个脉冲的周期T共同决定，即δλ＝ΔλΔt/T。
附图二是高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像系统实施例示意图，系统包括光源制备模块1、时间拉伸模块2、吸收样品模块3、时间延迟器4、计算机控制与采集模块5、反射镜6、二向色镜7、硅基相机8。其中，吸收样品模块具体由吸收样品3-1、平凸透镜3-2、平凸透镜3-3组成。
所述方案中的光源制备模块1，目的在于产生时域精密同步的中红外超短脉冲与近红外超短脉冲，分别作为泵浦光和信号光。该双色同步光源可源自双色同步激光器，也可由非线性自发参量下转换实现。本实施例采用后者，具有更简单的结构。具体来说，利用高功率飞秒激光器基于非线性过程的自发参量下转换实现成像信号光与泵浦光的制备。其中，高功率飞秒激光器中心波长为1030nm，重复频率为20MHz，脉冲宽度为50fs，输出功率为7W，光谱宽度为30nm。所用非线性晶体为啁啾结构的极化铌酸锂晶体(CPPLN)，其极化周期为25.2-32μm，并置于温控炉中，温度设置为50℃。产生的信号脉冲中心波长在1550nm，光谱宽度为70nm，泵浦脉冲的中心波长在3070nm，脉宽约为50fs，光谱宽度为270nm。
所述的时间拉伸模块2，即通过色散介质使不同波长的光在时间上分离开以实现波长到时间的转换。色散介质可以是单模色散光纤、多模光纤、啁啾光纤布拉格光栅等。由于通讯波段传输光纤发展十分成熟，且对近红外波段传输损耗低，故作为优选方案。实施例采用20km色散位移光纤作为色散介质，其零色散点在1310nm，但其在1550nm时有较大的正色散，色散系数为18ps/(nm·km)。信号光经该光纤被拉可伸至约25ns。
所述的吸收样品3为待探测样品，该探测目标可能对特定波长的光有吸收作用。因此，当时间拉伸后的信号光经过该样品后，所需的吸收光谱将体现在时域强度分布上。待探测物体可以是透射式探测，也可以是散射式探测。实施例采用透射式探测，整体结构较为简单，且信号光收集效率更高。
所述的时间延迟器4目的在于控制泵浦光脉冲到达硅基CCD的时间。由于信号光经过时间拉伸，不同时间到达硅基CCD的光波长不同，因此通过改变时间延迟器，可以实现高时间分辨的泵浦光脉冲门控，从而选取拉伸信号脉冲中的不同光谱成分。实施例中该时间延迟器可由多通腔中光束多次折返来实现，其中一面镜子安装在长程纳米电机上，可实现脉冲延迟的精确控制。
所述的计算机控制与采集模块5，用以控制时间延迟器4及硅基CCD相机，实现高光谱数据的自动采集。
所述的反射镜6可以是金镜或者银镜，对红外波段的反射率大、损耗小，用于改变光路走向。实施例采用镀银镜，在1-20μm谱段，反射率≥98％。
所述的二向色镜7，目的在于使成像信号光与成像泵浦光在空间上合束。实施例采用二向色镜对2.7-5μm具有高反射率，对1300-1700nm具有高透过率。
所述的硅基相机8为基于硅基相机。信号光在泵浦光作用下于半导体材料上发生非简并双光子吸收从而被探测成像，可以是电子倍增的CCD(EMCCD)或者ICCD相机。本实施例采用Si-EMCCD实现红外信号光的灵敏探测成像，其具有1024×1280像素，最高帧频约1kfps，灵敏度可达单光子水平。
实施例1：
首先，由高功率飞秒激光器通过非线性过程的自发参量下转换产生中红外超短脉冲与近红外超短脉冲作为成像泵浦光与信号光，具体地，将1030nm激光通过75mm焦距的凸透镜聚焦于啁啾结构的极化铌酸锂晶体上，通过调节合适的晶体温度，产生成像信号光与成像泵浦光，其中心波长分别为1550nm、3070nm，通过75mm焦距的CaF2凸透镜对其进行准直，并通过二向色镜使成像信号光、成像泵浦光空间分离，CaF2凸透镜对中红外波段有较高的透过率。至此，时域同步的成像信号光与成像泵浦光完成制备。
然后，以20km单模通信传输光纤作为色散介质对成像信号光进行时间拉伸，脉冲中不同波长的成分在时域上分开，通过测量成像信号光时域信息即可获得其光谱信息。信号光经吸收样品3-1后其时域信号包络的凹陷即对应吸收样品的光谱吸收峰，吸收样品3-1、平凸透镜3-2、平凸透镜3-3、硅基相机8构成4f系统，目的在于将吸收样品3-1的轮廓、光谱信息传递至硅基相机所在的像平面上。设置平凸透镜3-2、平凸透镜3-3的焦距比不同，可以实现对成像光斑的缩放。
硅基相机8无法直接探测红外成像信号，因此通过二向色镜7使成像泵浦光与成像信号光空间合束到达Si-EMCCD单光子相机并使泵浦光斑包裹住信号光斑，由硅半导体材料上发生的非简并双光子吸收实现对成像信号的灵敏探测。同一时刻泵浦光只对50fs时间尺度的成像信号光起到长波泵浦非简并双光子吸收探测增强效果，由于成像信号光经时间拉伸光谱在时域上展开，通过计算机控制与采集模块6控制时间延迟器4调节泵浦脉冲对不同时间到达Si-EMCCD单光子相机的成像信号进行非线性光学采样，同时Si-EMCCD单光子相机不断采集图像数据，即可实现红外高光谱成像。
成像信号光经时间拉伸，脉冲在时域上展开至25ns，光谱拉伸宽度为70nm，拉伸光谱的色散量为2.8nm/ns，泵浦光对其的取样精度受限于泵浦脉冲自身脉宽，即50fs。此时的光谱取样精度由公式δλ＝ΔλΔt/T可以求得为1.4×10-4nm。若泵浦脉冲取样间隔为50fs，25ns成像信号光脉冲对应取样总数为0.5M，商售硅基相机其最高帧频为1M fps，即利用此硅基相机能在0.5s内获得光谱分辨率为1.4×10-4nm的红外图谱像立方体数据。若牺牲部分光谱分辨率，使取样总数为1k，即泵浦脉冲取样间隔为50ps，则成像速率提升1000倍，能够在0.5ms内完成红外图谱像立方体数据采集，此时的光谱分辨率为0.14nm，仍高于当前高光谱成像仪光谱分辨水平。若采用非均匀光谱采样，即对不感兴趣的光谱区域减少采样数，则可大幅减少实际应用中对全谱有效信息成像所需的采集时间。此外，当前实施例中所用泵浦中心波长为3070nm，通过选择泵浦波长大于3300nm将消除自身强泵浦场引入的简并三光子吸收噪声，提高泵浦功率将进一步提升红外高光谱成像灵敏度至单光子水平。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备时域精密同步的中红外超短脉冲与近红外超短脉冲作为成像泵浦光与信号光；
(2)对成像信号光采用光学时间拉伸技术，其通过色散介质后脉冲展宽，各波长在时域上分离，并经过待测目标以获取其轮廓信息与光谱信息；
(3)成像信号光经成像系统到达Si-EMCCD单光子相机，成像泵浦光经二向色镜与信号光合束到达Si-EMCCD单光子相机，泵浦光斑包裹信号光斑；
(4)成像泵浦光利用硅基材料上发生的非简并双光子吸收对成像信号光红外时域拉伸光谱进行非线性光学采样，并通过延时装置使中红外超短脉冲扫描不同时间到达Si-EMCCD单光子相机的成像信号光以获得高光谱成像结果。
2.根据权利要求1所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像方法，其特征在于，结合时间拉伸方法使信号光不同波长成分在时间上分离。
3.根据权利要求1所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像方法，其特征在于，利用长波泵浦的非简并双光子吸收技术压制噪声、提高探测灵敏度。
4.根据权利要求1所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像方法，其特征在于，结合非线性光学采样方法，以超短脉冲泵浦光对信号光时域拉伸光谱采样，提高光谱分辨率。
5.一种基于权利要求1所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像方法的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像装置，其特征在于，所述装置包括：光源制备模块、时间拉伸模块、吸收样品模块、时间延迟器、计算机控制与采集模块、反射镜、二向色镜、Si-EMCCD单光子相机；
由光源制备模块产生时域脉冲同步的近红外信号光与中红外泵浦光，信号光经时间拉伸后进入吸收样品模块，通过成像系统被Si-EMCCD单光子相机所接收，泵浦光经过时间延迟器，受计算机控制与采集模块控制，扫描不同时间到达Si-EMCCD单光子相机的信号光，通过Si-EMCCD单光子相机上发生的非简并双光子吸收得到高灵敏度、高光谱分辨率的高光谱成像结果。
6.根据权利要求5所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像装置，其特征在于，所述的光源制备模块，包括不限于如下光源制备方法：高功率飞秒激光非线性参量下转换，被动同步双色激光器非线性差频。
7.根据权利要求5所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像装置，其特征在于，所述时间拉伸模块中色散介质包括不限于：单模色散光纤、多模光纤、啁啾光纤布拉格光栅。
8.根据权利要求5所述的高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像装置，其特征在于，所述成像系统包括不限于：4f成像系统、单透镜成像系统。
CN202111150593.6A 2021-09-29 2021-09-29 一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术 Active CN113959969B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111150593.6A CN113959969B (zh) 2021-09-29 2021-09-29 一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术
US17/936,161 US11965827B2 (en) 2021-09-29 2022-09-28 Hyperspectral imaging method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111150593.6A CN113959969B (zh) 2021-09-29 2021-09-29 一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113959969A CN113959969A (zh) 2022-01-21
CN113959969B true CN113959969B (zh) 2024-02-13

Family

ID=79463080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111150593.6A Active CN113959969B (zh) 2021-09-29 2021-09-29 一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11965827B2 (zh)
CN (1) CN113959969B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024176180A1 (en) * 2023-02-23 2024-08-29 The State Of Israel, Ministry Of Agriculture & Rural Development, Agricultural Research Organization (Aro) (Volcani Institute) Hyperspectral imaging method and system using a flock of sensors

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1523718A (zh) * 2003-09-08 2004-08-25 华东师范大学 光学参量啁啾脉冲放大同步泵浦光的产生方法
CN103344623A (zh) * 2013-06-25 2013-10-09 上海朗研光电科技有限公司 一种提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光谱探测方法
WO2017070997A1 (zh) * 2015-10-30 2017-05-04 南京巨鲨显示科技有限公司 高速三维显微成像系统及方法
CN110823388A (zh) * 2019-11-26 2020-02-21 南开大学 一种超快激光光子时间拉伸下的薄膜热响应单脉冲探测方法
CN111239090A (zh) * 2020-02-13 2020-06-05 华东师范大学重庆研究院 一种单脉冲激光诱导瞬态分子荧光光谱的测量方法及系统
CN111579072A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 江苏师范大学 中红外波段超短脉冲光谱探测装置
WO2020232790A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 华南理工大学 超快光场的信息实时测量系统
CN112326029A (zh) * 2020-10-19 2021-02-05 南京航空航天大学 一种新型超快实时光谱分析仪
CN112485240A (zh) * 2020-11-17 2021-03-12 华东师范大学重庆研究院 一种非接触式空间超分辨相干拉曼光谱成像方法
CN113074815A (zh) * 2021-03-09 2021-07-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置
CN113176583A (zh) * 2021-04-02 2021-07-27 华东师范大学重庆研究院 一种超灵敏红外高分辨三维成像技术

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9291509B2 (en) * 2009-02-05 2016-03-22 Cornell University High-speed optical sampling by temporal stretching using four-wave mixing
EP3616002A4 (en) * 2017-04-24 2021-01-13 Ramot at Tel-Aviv University Ltd. MULTI-FREQUENCY INFRARED IMAGING BASED ON FREQUENCY CONVERSION
CN107462336B (zh) * 2017-09-30 2019-01-22 飞秒激光研究中心（广州）有限公司 一种飞秒激光多模态分子影像系统
US20220413143A1 (en) * 2021-06-28 2022-12-29 Rockley Photonics Limited Sensing system

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1523718A (zh) * 2003-09-08 2004-08-25 华东师范大学 光学参量啁啾脉冲放大同步泵浦光的产生方法
CN103344623A (zh) * 2013-06-25 2013-10-09 上海朗研光电科技有限公司 一种提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光谱探测方法
WO2017070997A1 (zh) * 2015-10-30 2017-05-04 南京巨鲨显示科技有限公司 高速三维显微成像系统及方法
WO2020232790A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 华南理工大学 超快光场的信息实时测量系统
CN110823388A (zh) * 2019-11-26 2020-02-21 南开大学 一种超快激光光子时间拉伸下的薄膜热响应单脉冲探测方法
CN111239090A (zh) * 2020-02-13 2020-06-05 华东师范大学重庆研究院 一种单脉冲激光诱导瞬态分子荧光光谱的测量方法及系统
CN111579072A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 江苏师范大学 中红外波段超短脉冲光谱探测装置
CN112326029A (zh) * 2020-10-19 2021-02-05 南京航空航天大学 一种新型超快实时光谱分析仪
CN112485240A (zh) * 2020-11-17 2021-03-12 华东师范大学重庆研究院 一种非接触式空间超分辨相干拉曼光谱成像方法
CN113074815A (zh) * 2021-03-09 2021-07-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置
CN113176583A (zh) * 2021-04-02 2021-07-27 华东师范大学重庆研究院 一种超灵敏红外高分辨三维成像技术

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
光学谐振腔增强碘分子调制转移光谱;陈艳萍, 蒋燕义, 毕志毅, 马龙生;中国激光(05);全文 *
基于全保偏光纤利用脉冲同步技术差频产生中红外皮秒激光;胡晓蕾;甘继伟;杨占军;曾静;贡航;黄坤;郝强;曾和平;;光学学报(07);全文 *
基于时域展宽的光电混合模数转换系统关键技术研究;刘彦华;杨文铂;崔明月;;南京理工大学学报(05);全文 *
瞬态光信号全光实时测量技术设计与仿真;张卓宁;彭其先;王竞;温伟峰;陶世兴;;激光与光电子学进展(01);全文 *
细胞内分子检测及成像技术研究;牛憨笨;陈丹妮;尹君;;深圳大学学报(理工版)(01);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
US11965827B2 (en) 2024-04-23
CN113959969A (zh) 2022-01-21
US20230099128A1 (en) 2023-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109060767A (zh) 一种双光频梳光谱聚焦相干反斯托克斯拉曼光谱探测系统
CN107529625B (zh) 一种用于实时观测微纳瞬变现象的连续/突发双模超快成像方法
US11604139B2 (en) Real-time multidimensional terahertz imaging system and method
JPWO2016139754A1 (ja) テラヘルツ波発生装置及びそれを用いた分光装置
EP3106858B1 (en) Far-infrared imaging device and far-infrared imaging method
CN103323401A (zh) 基于光学参量上转换的太赫兹波实时成像方法及装置
CN113959969B (zh) 一种高分辨超灵敏的时间拉伸红外高光谱成像技术
CN113176583B (zh) 一种超灵敏红外高分辨三维成像技术
Guan et al. Terahertz single pixel imaging with frequency-multiplexed metasurface modulation
CN111781629B (zh) X射线光学分幅成像系统
CN118111561A (zh) 一种中红外单光子时域拉伸光谱方法及装置
CN110954498A (zh) 一种基于频率转换的太赫兹波高光谱成像系统
Cook et al. Optical fiber-based single-shot picosecond transient absorption spectroscopy
CN115389441A (zh) 一种高精度中红外光谱探测方法
CN109813670B (zh) 中红外光的全谱测量方法和相应的装置
CN110186568B (zh) 一种光子混频太赫兹波探测装置
US20100219359A1 (en) Signal waveform measuring apparatus and measuring method
CN115308154B (zh) 一种基于单光子时频关联的中红外高光谱成像方法
CN111157487A (zh) 基于双光路的太赫兹光谱与成像快速同步检测装置
CN113433142B (zh) 适用于x射线诊断的高时空分辨光学系统
Son et al. Ultrabroadband 2D electronic spectroscopy as a tool for direct visualization of pathways of energy flow
US20230119953A1 (en) Infrared chemical imaging through nondegenerate two-photon absorption in silicon-based cameras
CN115308154A (zh) 一种基于单光子时频关联的中红外高光谱成像方法
CN220399276U (zh) 一种单发太赫兹时域光谱仪
CN115308155A (zh) 一种中波红外高速高光谱成像方法

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20220905

Address after: 401123 rooms 1 and 2, floor 1-2, building 1, No.2, Huizhu Road, Yubei District, Chongqing

Applicant after: Chongqing Research Institute of East China Normal University

Applicant after: EAST CHINA NORMAL University

Applicant after: Yunnan Huapu quantum Material Co.,Ltd.

Applicant after: SHANGHAI LANGYAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Applicant after: Chongqing Huapu New Energy Co.,Ltd.

Applicant after: Chongqing Huapu Information Technology Co.,Ltd.

Applicant after: NANJING ROI OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 401123 rooms 1 and 2, floor 1-2, building 1, No.2, Huizhu Road, Yubei District, Chongqing

Applicant before: Chongqing Research Institute of East China Normal University

Applicant before: EAST CHINA NORMAL University

Applicant before: Yunnan Huapu quantum Material Co.,Ltd.

Applicant before: SHANGHAI LANGYAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant