CN117930488A - 一种双模态三维显微成像系统及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模态三维显微成像系统及成像方法，该显微成像系统，一方面通过将激光发生装置产生的部分泵浦光聚焦到样品表面，以生成烧蚀结构，另一方面，将激光发生装置产生的另一部分泵浦光作经过光程调节后分成一束探测光和一束参考光，探测光接收探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。本实施例所公开的显微成像系统及成像方法，可以获取到不同时刻下的样品表面烧蚀结构的干涉图像，克服了仅对表面反射率成像面临的信息获取不足的问题，并且样品表面烧蚀结构的干涉图像具有更全的烧蚀过程信息，因此可以实现对超快动态过程的更准确控制，提高控制准确精度。

Description

一种双模态三维显微成像系统及成像方法

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，尤其涉及的是一种双模态三维显微成像系统及成像方法。

背景技术

目前，对超快激光烧蚀过程的研究主要通过泵浦-探测显微镜进行研究。这种技术具有超快的时间分辨率和微观的空间分辨率，通过调节延迟时间，在不同时间间隔捕捉照射后反射表面的图像。然而，激光与材料相互作用的动态变化不仅会引起光学特性的变化，还会导致三维表面的地形演变。除了时空分辨率不足外，所有这些技术都只能测量反射率图进行分析，而不能对表面三维结构进行成像，这限制了传统泵浦-探测显微镜在研究超快成像领域中的应用。

因此，现有技术中的方法需要进一步的改进。

发明内容

鉴于上述相关技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种双模态三维显微成像系统及成像方法，克服现有技术中超快激光烧蚀过程中只能根据测量反射率图进行分析，不能对表面三维结构成像，因信息分析不全面而导致的测量结果准确性低的缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本实施例公开了一种双模态三维显微成像系统，其中，包括：

激光发生装置，用于产生混合有不同波长倍数的泵浦光；

第一分光元件，设置在所述泵浦光的光路上，用于根据不同的波长倍数将所述泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光；

延迟线及控制装置，设置在所述第一探测光或者第一泵浦光的光路上，用于调控第一探测光与第一泵浦光之间的光程差；

第二分光元件，设置在第一探测光的光路上，用于将所述第一探测光分为第二探测光和参考光；

第一物镜，设置在第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于将第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，烧蚀结构表面对所述第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光；

第二物镜，设置在参考光的光路上，用于对参考光汇聚处理，以使得参考光与第三探测光的光程和色散匹配；

图像接收元件，设置在第三探测光和参考光的光路上，用于接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。

可选地，所述激光发生装置包括：激光器和非线性晶体；

所述激光器，用于产生原始泵浦激光；

所述非线性晶体，设置在所述原始泵浦激光的光路上，用于将原始泵浦激光进行倍频，得到混合有两种不同波长的泵浦光。

可选地，所述第一分光元件为第一二向色镜。

可选地，所述系统还包括：设置在第一泵浦光的光路上的开关及控制装置，所述开关及控制装置用于控制单次经过的第一泵浦光中的激光脉冲个数。

可选地，所述系统还包括：承载装置及位移台；

所述承载装置及位移台，设置在所述第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于承载待加工样品。

可选地，所述开关及控制装置包括光电开关和用于控制光电开关开闭时间的第一控制装置；其中，所述第一控制装置与所述光电开关相连接，控制光电开关的开闭时间与所述激光发生装置的重复频率相匹配，以控制单次经过的泵浦脉冲个数。

可选地，所述延迟线及控制装置包括：设置有平行导轨的压电平台和设置在所述平行导轨上的多个第一反射镜。

可选地，所述开关及控制装置与第一物镜之间还依次设置有：小孔光阑、第一透镜组、第二反射镜和第三分光元件；

所述小孔光阑将接收到的第一泵浦光进行滤波处理，滤波处理后的第一泵浦光输入至第一透镜组，经所述第一透镜组进行角度调制后，输入至所述第二反射镜，经第二反射镜反射后，入射到第三分光元件，经第三分光元件后入射到第一物镜。

可选地，所述第二物镜的两侧分别设置有用于将所述参考光进行反射的第三反射镜和用于对第二物镜中透射的光进行反射的第四反射镜。

第二方面，本实施例还公开了一种双模态三维显微成像系统的成像方法，其中，包括：

控制将激光发生装置输出的泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光，以及调控第一泵浦光和第一探测光之间的光程差；

将第一探测光分成第二探测光和参考光；

控制第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，以使得样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，以及烧蚀结构表面对第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光；

接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含烧蚀表面信息的干涉图像。

有益效果:

本实施例公开了一种双模态三维显微成像系统及成像方法，该显微成像系统包括：激光发生装置、第一分光元件、延迟线及控制装置、第二分光元件、第一物镜、第二物镜和图像接收元件，一方面，通过将激光发生装置产生的部分泵浦光聚焦到样品表面，以生成烧蚀结构，另一方面，激光发生装置产生的另一部分泵浦光作经过光程调节后分成一束探测光和一束参考光，探测光接收探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。本实施例所公开的显微成像系统及成像方法，可以获取到不同时刻下的样品表面烧蚀结构的干涉图像，克服了仅对表面反射率成像面临的信息获取不足的问题，并且样品表面烧蚀结构的干涉图像具有更全的烧蚀过程信息，因此可以实现对超快动态过程的准确测量和控制。

附图说明

图1为本发明实施例双模态三维显微成像系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中不同时刻下表面反射率干涉图像；

图3为本发明实施例双模态三维显微成像系统的成像方法的步骤流程图。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

许多物理、化学、生物、材料学的微观现象不但在空间尺度上是纳米-微米量级，在时间尺度上也是超快的，例如：光电材料/器件中的载流子转移、飞秒激光微加工、光合作用超快过程等的时间尺度都在飞秒～皮秒量级。泵浦-探测显微镜是结合了超快激光领域的泵浦-探测技术以及显微成像技术的成像手段，由诺贝尔化学奖获得者Zewail A.在1987年首次利用于观察氰化碘的光分解反应。泵浦-探测显微镜能够观测微观尺度下材料的激发、烧蚀的超快动力学过程，在飞秒激光微加工领域是一种有力的表征手段。

虽然泵浦-探测显微镜在观测激光烧蚀方面已经取得了长足的发展，但目前绝大多数系统面临着空间分辨率不足的问题，并且仅能对材料相变过程中表面反射率进行成像，而烧蚀过程中通常伴随着表面三维形貌的变化，导致了烧蚀过程信息的缺失。

为了解决上述问题，本实例提供了一种双模态三维显微成像系统及成像方法。通过将携带有样品表面烧蚀结构信息的探测光和参考光发生干涉，并获取该干涉图像，由于干涉图像中携带有超快信息，因此可以基于该干涉图像进行重建分析，同时获取样品表面烧蚀结构的三维地形图像和反射率图像，以提供更为精确的表面高度测量结果，准确反映了烧蚀结构的变化，进而实现更全面的了解激光制造过程中所产生的烧蚀现象，从而实现对超快动态过程的有效操控。

下面结合附图对以本实施例公开的一种双模态三维显微成像系统及成像方法进一步的说明。

结合图1所示，本实施例公开了一种双模态三维显微成像系统，包括：激光发生装置、第一分光元件3、延迟线及控制装置22、第二分光元件12、第一物镜10、第二物镜14和图像接收元件23。

激光发生装置，包括激光器1和非线性晶体2，用于产生混合有不同波长倍数的泵浦光。飞秒激光器，用于产生原始泵浦激光；非线性晶体，设置在所述原始泵浦激光的光路上，用于将原始泵浦激光进行倍频，得到混合有两种不同波长的泵浦光。

具体的，激光器可以为飞秒激光器也可以是皮秒激光器，飞秒激光器可以产生飞秒激光，该飞秒激光器中发出的原始泵浦脉冲的持续时间为飞秒级，皮秒激光器可以产生皮秒激光，该皮秒激光器中发出的原始泵浦脉冲的持续时间为皮秒级，因此使用飞秒激光器或皮秒激光器中发出的泵浦脉冲可以获取到更快的时间内产生的信息。

本实施例中将飞秒激光器或皮秒激光器中产生的原始激光脉冲作为系统的泵浦光，在激光器的前方设置非线性晶体对激光器中发出的原始泵浦脉冲进行倍频处理，以得到倍频处理后的泵浦脉冲。倍频处理后得到的泵浦脉冲作为系统的探测光。原始的泵浦脉冲经过非线性晶体后，由于非线性效应，一部分反射光被倍频，作为该显微成像系统的照明光。具体的，所述非线性晶体可以为BBO倍频晶体。

位于激光发生装置的前方设置有第一分光元件3，该第一分光元件3，用于根据不同的波长将所述泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光；在具体实施时，该第一分光元件可以为分束镜或其他可以将一束激光分为两束的分光元件。

进一步的，由于反射光中包含一小部分原始光束，因此可以使用滤波片16对反射光进行滤波处理，使得探测光中仅包含倍频后的光脉冲。

在一种实现方式中，飞秒激光器为波长为800nm、中心波长为120fs、重复频率为10Hz、最大能量为3mJ的飞秒激光振荡器及放大器，所使用的BBO倍频晶体倍频效率为20％，倍频之后产生的脉冲波长为400nm。

在所述第一探测光的光路或者第一泵浦光的光路上设置有延迟线及控制装置，该延迟线及控制装置用于调控第一探测光与第一泵浦光之间的光程差。具体的，延迟线及控制装置通过控制第一泵浦光的光路与第一探测光的光路之间的光程差，以实现第一泵浦光照射到样品表面，以在样品表面形成烧蚀结构。

在一种实施方式中，所述延迟线及控制装置22包括：设置有平行导轨的压电平台和延迟线；入射进入所述延迟线与控制装置内的第一探测光，经过各个第一反射镜来回反射后射出。其中，延迟线由多个第一反射镜组成，结合图1所示，延迟线中设置的第一反射镜包括：相对设置的第一延迟线反射镜17和第二延迟线反射镜18。入射到延迟线中的第一探测光经过多个第一反射镜来回反射后，入射到第二分光元件12上。控制装置包括带有平行导轨的压电平台，多个第一反射镜安装在平行导轨上，压电平台带动平行导轨运动，以实现第一反射镜的位置移动。

进一步的，第一反射镜的个数并不局限于两个，可以依据实验中目标探测的最大时间范围决定。在一种实现方式中，使用的第一反射镜个数为12个，光路可以实现6个来回的反射，所使用的延迟线及控制装置能提供的最小步长为1微米，因此对应的最小时间步长为20fs，最大时间探测范围为10ns。

第二分光元件12，设置在第一探测光的光路上，用于将所述第一探测光分为第二探测光和参考光。所述第二探测光和参考光构成迈克逊干涉仪，其中第二探测光聚集在样品表面上，用于探测样品表面的形貌，并得到样品表面反射回的第三探测光，另一束参考光与第三探测光发生干涉，利用CCD相机进行拍摄，得到干涉图像。

第一物镜10(NA＝0.9,100×)，设置在第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于将第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，第二探测光经烧蚀结构表面反射后，转换为带有烧蚀表面信息的第三探测光。利用第一物镜对传入的第一泵浦光和第二探测光进行聚焦，以实现第一泵浦光和第二探测光以一定的角度汇聚到样品表面上。该第一泵浦光可以诱导样品表面产生烧蚀结构，第二探测光经过样本表面上的烧蚀结构反射后，得到携带有烧蚀表面信息的第三探测光。

第二物镜14(NA＝0.9,100×)，设置在参考光的光路上，用于对参考光汇聚处理，以使得参考光与第三探测光的光程和色散匹配。所述第二物镜的作用为用于调节第三探测光和参考光之间的光程差，使得第三探测光与参考光在图像接收元件的接收面上发生干涉，另一方面，为了补偿第三探测光和参考光之间的色散程度，以避免脉冲在传输过程中因为色散而导致的脉冲展宽。

图像接收元件23，设置在第三探测光和参考光的光路上，用于接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。

在具体实施时，图像接收元件可以为CCD相机，利用CCD相机拍摄携带超快信息的干涉图像，进而基于得到干涉图像进行样品表面的三维形态重建，以得到烧蚀结构的三维图像。

在一种实施方式中，所述第一分光元件为第一二向色镜。第二分光元件为分束镜。第一分光元件与第二分光元件虽然都是分光元件，但是作用不同，第一分光元用于将不同波长的泵浦脉冲分成两束，而第二分光元件仅用于将一束光分成相同的两束光。

进一步的，为了便于对光路中的激光脉冲进行控制，显微成像系统还包括：设置在第一泵浦光的光路上的开关及控制装置4，所述开关及控制装置用于控制单次经过的第一泵浦光中的激光脉冲个数。

具体的，所述开关及控制装置4包括光电开关和用于控制光电开关开闭时间的第一控制装置；其中，所述第一控制装置与所述光电开关相连接，控制光电开关的开闭时间与所述飞秒激光发生装置的重复频率相匹配，以控制单次经过的泵浦脉冲个数。

进一步的，结合图1所示，所述显微成像系统还包括：承载装置及位移台11，该承载装置及位移台，设置在所述第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于承载待加工样品。

该承载装置及位移台位于第一物镜的后方，第一泵浦光和第二探测光经过第一物镜后，聚焦到样品表面上，第一泵浦光用于诱导样品表面的形态发生变化，第二探测光则经过样品表面反射后，反射到第二分束镜上，与参考光形成干涉。

具体的，承载装置及位移台包括承载装置和位移台，位移台通过控制装置对承载装置的位置角度进行精密控制，以带动承载装置进行X-Y-Z三轴运动。因此通过对承载装置的位置角度进行调节，将待加工样品调节至位于目标位置。

进一步的，为了实现对第一泵浦光的传播路径进行调节，以使得第一泵浦光聚焦到样品的表面上，同时又避免第一泵浦光在传播过程中产生的展宽效果，结合图1所示，所述开关及控制装置4与第一物镜10之间还依次设置有：小孔光阑5、第一透镜组(第一透镜组包括第一凸透镜6和凹透镜7)、第二反射镜8和第三分光元件9；所述小孔光阑5将接收到的第一泵浦光进行滤波处理，滤波处理后的第一泵浦光输入至第一透镜组，经所述第一透镜组进行角度调制后，输入至所述第二反射镜8，经第二反射镜8反射后，入射到第三分光元件9，经第三分光元件9后入射到第一物镜10。

具体的，被光电开关筛选出的脉冲经过小孔光阑5，调节小孔光阑5的开闭程度，保证筛选出的所有的泵浦脉冲能够完全通过第一物镜10的后孔径。再通过第一凸透镜6与凹透镜7组成的透镜组，改变光束的发散角，并以一定的角度被第一物镜10聚焦，进而在样品表面上形成一个光斑。

进一步的，所述第二物镜14的两侧分别设置有用于将所述参考光进行反射的第三反射镜13和用于对第二物镜14中透射的光进行反射的第四反射镜15。由第二分光元件分出的参考光，传入到第三反射镜，经过第三反射镜输入至第二物镜中，第二物镜14将传入的参考光聚焦到第四反射镜15，第四反射镜15将接收到的参考光反射到第二物镜中，参考光经第二物镜后传输至第三反射镜，经过第三反射镜反射至第二分光元件12中，参考光反射至第二分光元件中后与第三探测光在CCD相机的接收面上发生干涉，因此利用CCD相机进行连续拍摄，得到携带有超快信息的干涉图像。第三反射镜、第二物镜和第四反射镜对参考光的调节不仅仅是为了调节参考光与第三探测光之间的光程差，以使得参考光与第三探测光之间发生干涉，还用于补偿参考光在传输过程中由于色散而导致的展宽。

进一步的，为了实现更好的干涉图像拍摄效果，在CCD相机和第二分光元件之间设置有第二凸透镜21，利用第二凸透镜21将参考光和第三探测光聚焦到CCD相机的接收面上。

结合图1对本发明的具体实施例做更为详细的说明。

如图1所示，激光器1中发出的原始泵浦光入射到非线性晶体2中，经过倍频处理后，得到的泵浦脉冲输入至第一二向色镜，经过第一二向色镜分成第一泵浦光和第一探测光，其中，第一泵浦光传入至开关及控制装置4，开关及控制装置4对输入的第一泵浦光进行单次经过的泵浦脉冲个数。第一探测光经过滤波片16过滤后，输入至延迟线及控制装置22。

延迟线及控制装置22中的多个第一反射镜对输入的第一探测光进行反复多次反射后，第一探测光传输至第五反射镜19，经过第五反射镜19和第三凸透镜20后，入射到第二分光元件12上，第二分光元件12将第一探测光分成第二探测光和参考光。其中，第二探测光经过第二二向色镜后，经过第一物镜聚焦到承载装置及位移台11上样品表面上。开关及控制装置4输出的第一泵浦光依次经过小孔光阑5、第一透镜组(第一透镜组包括第一凸透镜6和凹透镜7)、第二反射镜8和第三分光元件9后，进入到第一物镜，由第一物镜聚焦到样品表面，诱导样品表面产生烧蚀结构。

第二探测光经过烧蚀结构反射后，转换成携带烧蚀结构信息的第三探测光，第三探测光依次经过第一物镜10、第三分光元件9和第二分光元件12后，经过第二凸透镜21，传输到图像接收元件23的接收面，同时参考光依次经过第三反射镜13、第二物镜14和第四反射镜15反射或聚焦后，传输至第二分光元件12，经过第二凸透镜21，传输到图像接收元件23的接收面，且第三探测光和参考光之间发生干涉，因此图像接收元件23可以获取样品表面烧蚀结构的干涉图像。

在一种具体实施例中，飞秒激光器1的重复频率为10Hz，因此所述光电开关的开关调整为单次触发后打开0.01s，可以筛选出单个脉冲。所述小孔光阑5和第一凸透镜6之间沿光路方向依次设置若干个偏振片、半波片以及连续可调节衰减片，通过这种设置，能够连续改变泵浦脉冲的能量，便于控制在样品表面进行激发时的功率。

进一步的，在显微成像系统中，由于光路中存在一系列色散元件，对原始脉冲具有展宽作用，因此系统的时间分辨率取决于探测脉冲到达样品表面的激光脉宽而不等于原始脉冲的脉宽。

具体一实施例中，考虑到探测光路中的非线性晶体2、第一物镜10、第三凸透镜20、和第二凸透镜21的展宽效果，计算出该双模态三维显微成像系统具有256fs的时间分辨率。

本实施例公开的双模态三维显微成像系统，通过获取携带有样品表面的烧蚀结构信息的干涉图像，对该干涉图像进行傅里叶变换，得到其对应的频谱图像，该频谱图像中显示出0、±1三个频谱阶，则通过对0阶和1阶频率的频谱进行逆傅里叶变换，可分别获取到烧蚀结构的反射率图像和三维形貌图像。由于反射率图像表征了样品表面材料的光吸收特性，而三维形貌图像则能提供更为准确的表面高度测量结果，因此这反射率图像和三维形貌图像的结合分析可以准确反映出样本表面结构的变化，也同时为提供了一种全面了解激光制造过程中物理现象的方法，从而实现对超快动态过程的有效操控。

具体一实施例中，如图2所示，通过上述的实验过程所获得的不同时刻下干涉图像、根据以上重建方式重构出的表面反射率图像、表面形貌三维图像。图2中黄圈为泵浦脉冲影响范围。从图2可以得到，斜入射的泵浦脉冲由于波前到达时刻不同，对样品的影响从左往右依次推进，(图2中第一行：反射率干涉图像；第二行：反射率重建图像；第三行：表面形貌重建图像)。

在具体实施时，根据获取的干涉图像进行反射率图像和三维形貌图像重建时，利用Matlab对实验中所获得的干涉图像进行处理。在反射率图像方面，对干涉图像进行傅里叶变换，利用合适的滤波窗口将变换谱中的0级滤出，进行归一化处理，获取归一化强度分布图像。在三维形貌图像方面，同时对携带样品信息和不携带样品信息的干涉图像进行傅里叶变换，将傅里叶变换图像中的+1级滤出，对两张频谱图像进行计算，可以获得表面形貌的相位图像。并通过在实验中标定相位和高度的线性关系，将相位图像转换为高度图像。

具体一实施例中，所述第一物镜10及第二物镜14使用的数值孔径为0.9，放大倍数为100倍的奥斯巴林平场消色差显微物镜。为了对系统的空间分辨率进行验证，对成像系统的调制传递函数(MTF)进行计算，在该实验条件下，获得了236nm的空间横向分辨率、29nm的空间纵向分辨率。在具体实验中，可以根据所观测的现象的空间尺度大小，更换不同放大率的显微物镜。

在上述显微成像系统的基础上，本实施例还公开了该显微成像系统的成像方法，如图3所示，所述成像方法包括：

步骤S1、控制将激光发生装置输出的泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光，以及调控第一泵浦光和第一探测光之间的光程差。

本步骤中先开启激光发射装置中飞秒激光器的开关，控制发出原始泵浦光，原始泵浦光经过BBO倍频晶体进行倍频后，被二向色镜分为第一泵浦光和第一探测光。同时，利用延迟线及控制装置调节第一泵浦光和第一探测光之间的光程差。

步骤S2、将第一探测光分成第二探测光和参考光。

利用第二分光元件将第一探测光分成第二探测光和参考光，并且控制参考光与样品表面反射第二探测光得到的第三探测光之间形成构成一个迈克尔逊干涉仪。

步骤S3、控制第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，以使得样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，以及烧蚀结构表面对第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光。

控制第一泵浦光和第二探测光均聚焦到样品表面，利用第一泵浦光诱导样品表面产生烧蚀结构，利用第二探测光得到携带有烧蚀结构信息的第三探测光。

步骤S4、接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含烧蚀表面信息的干涉图像。

控制参考光和第三探测光之间形成干涉，并同时拍摄干涉图像，对干涉图像进行分析，进行得到烧蚀表面信息。具体的，对所述干涉图像进行傅里叶变换，频谱图像中显示出0、±1三个频谱阶。通过0阶和1阶频率的逆傅里叶变换，分别获得反射率图像和三维形貌图像。

本实施例所公开的成像方法基于泵浦探测显微镜原理获取超快信息，基于干涉测量级傅里叶分析原理同时获取高度、反射率图像，建立了双模态三维显微成像系统的成像方法。在飞秒-纳米量级的时空分辨率下，实现三维成像。

本实施例公开的一种双模态三维显微成像系统及成像方法，在高时间、空间尺度下获取反射率、形貌双模态图像。反射率图像表征了材料的光吸收特性，而三维形貌图像则能提供更为精确的表面高度测量结果，准确反映了结构的变化。这两种互补的成像模式提供了一种对激光制造过程中的基本物理现象的全面了解的方法，从而实现对超快动态过程的有效操控。

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)

1.一种双模态三维显微成像系统，其特征在于，包括：

激光发生装置，用于产生混合有不同波长倍数的泵浦光；

第一分光元件，设置在所述泵浦光的光路上，用于根据不同的波长倍数将所述泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光；

延迟线及控制装置，设置在所述第一探测光或者第一泵浦光的光路上，用于调控第一探测光与第一泵浦光之间的光程差；

第二分光元件，设置在第一探测光的光路上，用于将所述第一探测光分为第二探测光和参考光；

第一物镜，设置在第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于将第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，烧蚀结构表面对所述第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光；

第二物镜，设置在参考光的光路上，用于对参考光汇聚处理，以使得参考光与第三探测光的光程和色散匹配；

图像接收元件，设置在第三探测光和参考光的光路上，用于接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含烧蚀表面信息的干涉图像。

2.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述激光发生装置包括：激光器和非线性晶体；

所述激光器，用于产生原始泵浦激光；

所述非线性晶体，设置在所述原始泵浦激光的光路上，用于将原始泵浦激光进行倍频，得到混合有两种不同波长的泵浦光。

3.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述第一分光元件为第一二向色镜。

4.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在第一泵浦光的光路上的开关及控制装置，所述开关及控制装置用于控制单次经过的第一泵浦光中的激光脉冲个数。

5.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述系统还包括：承载装置及位移台；

所述承载装置及位移台，设置在所述第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于承载待加工样品。

6.根据权利要求4所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述开关及控制装置包括光电开关和用于控制光电开关开闭时间的第一控制装置；其中，所述第一控制装置与所述光电开关相连接，控制光电开关的开闭时间与所述激光发生装置的重复频率相匹配，以控制单次经过的泵浦脉冲个数。

7.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述延迟线及控制装置包括：设置有平行导轨的压电平台和设置在所述平行导轨上的多个第一反射镜。

8.根据权利要求4所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述开关及控制装置与第一物镜之间还依次设置有：小孔光阑、第一透镜组、第二反射镜和第三分光元件；

所述小孔光阑将接收到的第一泵浦光进行滤波处理，滤波处理后的第一泵浦光输入至第一透镜组，经所述第一透镜组进行角度调制后，输入至所述第二反射镜，经第二反射镜反射后，入射到第三分光元件，经第三分光元件后入射到第一物镜。

9.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述第二物镜的两侧分别设置有用于将所述参考光进行反射的第三反射镜和用于对第二物镜中透射的光进行反射的第四反射镜。

10.一种双模态三维显微成像系统的成像方法，其特征在于，包括：

控制将激光发生装置输出的泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光，以及调控第一泵浦光和第一探测光之间的光程差；

将第一探测光分成第二探测光和参考光；

控制第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，以使得样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，以及烧蚀结构表面对第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光；

接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含烧蚀表面信息的干涉图像。