RU2091058C1 - Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов - Google Patents

Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов Download PDF

Info

Publication number
RU2091058C1
RU2091058C1 RU9494041186A RU94041186A RU2091058C1 RU 2091058 C1 RU2091058 C1 RU 2091058C1 RU 9494041186 A RU9494041186 A RU 9494041186A RU 94041186 A RU94041186 A RU 94041186A RU 2091058 C1 RU2091058 C1 RU 2091058C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
channel
generating
stokes
image
Prior art date
Application number
RU9494041186A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94041186A (ru
Inventor
М.В. Иночкин
В.Н. Каплюченко
Г.М. Черняков
Original Assignee
Черняков Геннадий Михайлович
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 Черняков Геннадий Михайлович filed Critical Черняков Геннадий Михайлович
Priority to RU9494041186A priority Critical patent/RU2091058C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2091058C1 publication Critical patent/RU2091058C1/ru
Publication of RU94041186A publication Critical patent/RU94041186A/ru

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Использование: в средствах визуализации структуры объекта, преимущественно биологического, на заданной глубине. Сущность изобретения: при работе импульсного лазера свет по каналу генерации и формирования стоксовых импульсов поступает на исследуемый объект. Оптическая система снимает информацию на заданной глубине объекта и передает ее на усилитель яркости, куда поступают лазерные импульсы, проходящие по каналу формирования и задержки лазерных импульсов, сформированные по поперечному распределению. Эти импульсы усиливают изображение в стоксовом пучке, которое далее регистрируется. Комбинационно-активная среда канала генерации и формирования стоксовых импульсов выполнена в виде кристалла с погонным инкрементом усиления вынужденного комбинационного рассеивания не менее 0,8 ГВт/см, что позволяет получить достаточно четкое изображение при малых габаритах. 1 ил.

Description

Изобретение относится к средствам визуализации структуры объекта преимущественно биологического происхождения на заданной глубине.
Известны устройства для получения послойных изображений объектов с использованием сверхкоротких лазерных импульсов для освещения объекта и временного стробирования рассеянного излучения [1-7]
В основном эти устройства различаются по типу временного стробирования рассеянного объектом излучения: электронное стробирование [l-3] a так же стробирование посредством различных нелинейнооптических эффектов [4-6] Устройства стробирования на основе нелинейнооптических эффектов обеспечивают простую и надежную прямую регистрацию двумерных изображений объекта и выгодно отличаются от устройств электронного стробирования по стоимости и разрешающей способности. При создании так называемых "временных ворот" для рассеянного объектом излучения предлагается использовать такие нелинейные явления как эффект Керра-поворот плоскости поляризации излучения в сильном световом поле [4] генерацию антистоксовых компонент вынужденного комбинационного рассеивания (ВКР) [5] и собственно ВКР усиление стоксовых импульсов [6]
Наиболее близким к заявленному является устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов, содержащее импульсный лазер оптически сообщенный с каналом генерации и формирования стоксовых импульсов и каналом формирования и задержки лазерных импульсов, при этом выход последнего сообщен с усилителем яркости на основе комбинационно-активной среды, с которым так же сообщен выход приемной оптической системы, а выход упомянутого усилителя через спектральные фильтры сообщен с фоторегистрирующим блоком [6] В процессе работы такого устройства осуществляется облучение исследуемого объекта стоксовыми импульсами ВКР, полученными при вынужденном комбинационном рассеянии пикосекундных лазерных импульсов в газовой ячейке и усиление рассеянного из объекта излучения при ВКР-задержанных мощных лазерных импульсов в такой же комбинационно-активной среде.
В таком устройстве мощные пикосекундные лазерные импульсы создают в комбинационной усилителе коэффициент усиления для стоксовых импульсов до 109 на очень короткое время (ограниченное снизу только длительностью лазерных импульсов). В результате на фоторегистрирующее устройство поступает усиленный поток стоксовых фотонов преимущественно из того глубинного слоя объекта, время прихода которых в комбинационный усилитель совпадает со временем прихода туда же мощных лазерных импульсов. Это позволяет существенно понизить зашумленность изображений внутренних слоев многократно рассеянными фотонами, время прихода, которых в усилитель обычно больше, чем у информационного сигнала.
Недостатком данного устройства является довольно низкое качество получаемых изображений и необходимость облучения объекта мощным потоком световых квантов, что связано прежде всего с трудностью практической реализации больших коэффициентов усиления яркости изображений без потери их качества [7] Качество в данном случае характеризуется количеством элементов разрешения в изображении, а также зашумленностью изображения, выраженной в передаче контраста, черного и белого на фоторегистрирующую систему.
Целью данного изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет улучшения качества получаемых изображений и уменьшения степени воздействия на исследуемый объект.
Цель достигается тем, что комбинационно-активная среда канала генерации и формирования стоксовых импульсов выполнена в виде кристалла, с погонных инкрементом усиления вынужденного комбинационного рассеивания не менее 0,8 ГВт/см, а приемная оптическая система с глубиной резкости, равной
Figure 00000002

где Δ глубина резкости,
v скорость света в среде объекта,
t длительность лазерного импульса, t ≥ 10п с
G максимальный инкремент усиления вынужденного комбинационного рассеивания в канале генерации и формирования стоксовых импульсов.
Согласно полученным экспериментальным данным использование комбинационно-активных кристаллов, удовлетворяющих указанным условиям, например кристаллов нитрата, бария, для генерации и усиления соответствующих стоксовых фотонов при энергии импульса более 1 мкДж позволяет существенно поднять количество элементов разрешения в изображении и обеспечить высокие коэффициенты усиления без оптического пробоя ВКР-усилителя, а выполнение требований к равномерности поперечного распределения интенсивности лазерных импульсов в пределах пространственного пересечения с усиливаемым стоксовым пучком изображения в комбинационно-активном кристалле обеспечивает отсутствие искажений при ВКР-усилении изображения. Выполнение требования к глубине резкости позволяет поднять передачу контраста черного и белого при максимально эффективном использовании потока рассеянных фотонов. При увеличении глубины резкости по сравнению с указанными в представленной формуле диапазонами в резкое изображение на фоторегистраторе попадают Фотоны из соседних несинхронных слоев, а при уменьшении глубины резкости часть "полезных" фотонов из нужного слоя теряется и необходимо увеличивать степень воздействия на объект.
Поиск, проведенный по патентной и научной литературе показал, что заявленная совокупность неизвестна, т. е. заявленное соответствует критерию "новизна".
Поскольку имеется потребность в такого рода устройствах и оно состоит из известных составляющих, то заявленное соответствует критерию "промышленная применимость".
А так как в результате использования заявленного появляется новый эффект, выражающийся в повышении качества изображения, уменьшения степени воздействия на объект и уменьшении габаритов и массы устройства, то заявленное соответствует критерию "изобретательский уровень", и получение таких эффектов не следует явным образом из уровня техники, а является результатом исследовательской работы.
На чертеже представлена блок-схема устройства для получения послойных оптических изображений.
Устройство содержит импульсный лазер 1, оптически сообщенный с каналом генерации и формирования стоксовых импульсов 2, приемную оптическую систему 3, канал формирования и задержки лазерных импульсов 4, который так же отвечает за равномерность поперечного распределения интенсивности лазерных импульсов, приходящих на усилитель яркости 5 на основе комбинационно-активной среды (кристалла), спектральные фильтры 6 и фоторегистрирующий блок 7. На фиг.1 показан также исследуемый объект 8, на который воздействуют излучением канала 2, а регистрируют рассеянное излучение оптической системой 3.
Устройство для получения послойных оптических изображений работает следующим образом.
Лазер 1 излучает мощные пикосекундные импульсы, которые делятся на два канала 2 и 4. В канале 2 лазерные импульсы преобразуются в стоксовы импульсы ВКР, которые используются затем для облучения объекта 8. Рассеянное объектом излучение собирается приемной оптической системой 3 с заданной глубиной резкости и попадает на кристалл-усилитель 5. Туда же приходят лазерные импульсы, сформированные по поперечному распределению и задержанные на нужную величину в канале 4. Лазерные импульсы усиливают изображение в стоксовом пучке в течении короткого времени, не превышающего длительность лазерных импульсов. Время прихода лазерных импульсов в усилитель 5 подобрано таким образом, чтобы усилить только те стоксовые фотоны, которые собираются в резкое изображение заданного внутреннего слоя исследуемого объекта приемной оптической системой 3. Далее информация фильтруется и регистрируется на фоторегистрирующем блоке 7.
Использование предложенного устройства позволяет получать контрастные послойные изображения объектов на заданной глубине, дает возможность просматривать внутреннюю структуру светорассеивающих объектов, что является наиболее актуальным в исследовании объектов биологического происхождения.
Литература
1. J.C. Hebden et al. "Time-resolved Imaging throught a highly scattering medium", Appl. Opt. v.30, 1991, pp. 788-794.
2. S. Andersson-Engels et al. "Time-resolved transillumination for medical diagnostics". Opt. Lett. v.l5, 1990, pp. 1179-1181.
3. К. М. Yoo et al. "Imaging of a transluent object hidden in a highly scattering medium from the early portion of the diffuse component of a transmitted ultrafast laser pulse". Opt. Lett. v. 17, 1992, pp. 958-960.
4. L.L. Kalpaxis et al. "Three-dimensional temporal image reconstruction of an objekt hidden in highly scattering media by time gated optikal tomografi". Opt. Lett. 18, 1993, 1691-1693.
5. M. Bashkansky and J. Reintjes, "Imaging trought a strong scattering medium with nonlinear optikal field cross-corelation techniques". Opt. Lett. 18, 1993,-2132-2134.
6. M.D. Duncan et al. "Time-gated imaging through scattering media using stimulated Raman amplification", Opt. Lett. 16. 1991, 1868-1870.
7. Optics Photonics News", (Special Issue: "Time-Resolved Imaging Diagnostics in Medicine"), Oct.1993, V.4, No 10, 28-32.

Claims (1)

  1. Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов, содержащее импульсный лазер, оптически сообщенный с каналом генерации и формирования стоксовых импульсов и каналом формирования и задержки лазерных импульсов, при этом выход последнего сообщен с усилителем яркости на основе комбинационно-активной среды, с которым так же сообщен выход приемной оптической системы, а выход упомянутого усилителя через спектральные фильтры сообщен с фоторегистрирующим блоком, отличающееся тем, что комбинационно-активная среда канала генерации и формирования стоксовых импульсов выполнена в виде кристалла с погонным инкрементом усиления вынужденного комдинационного рассеивания не менее 0,8 ГВт/см2, а приемная оптическая система с глубиной резкости
    Figure 00000003

    где В глубина резкости;
    τ - длительность лазерного импульса, причем τ ≥ 10 пс;
    G максимальный инкремент усиления вынужденного комбинационного рассеивания в канале генерации и формирования стоксовых импульсов;
    v скорость света в среде объекта.
RU9494041186A 1994-11-25 1994-11-25 Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов RU2091058C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9494041186A RU2091058C1 (ru) 1994-11-25 1994-11-25 Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9494041186A RU2091058C1 (ru) 1994-11-25 1994-11-25 Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2091058C1 true RU2091058C1 (ru) 1997-09-27
RU94041186A RU94041186A (ru) 1998-04-20

Family

ID=20162374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9494041186A RU2091058C1 (ru) 1994-11-25 1994-11-25 Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2091058C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11194074B2 (en) 2019-08-30 2021-12-07 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Systems and methods for downhole imaging through a scattering medium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.D.Duncan at al., Tame-gatod; maging throrgh seatteriug media using stimulated Raman amplification, optilal Letters, 16, 1991, p.1868-1870. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11194074B2 (en) 2019-08-30 2021-12-07 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Systems and methods for downhole imaging through a scattering medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104062841B (zh) 一种实时高空间分辨的超快分幅光学成像装置
US5275168A (en) Time-gated imaging through dense-scattering materials using stimulated Raman amplification
US6445491B2 (en) Method and apparatus for optical sectioning and imaging using time-gated parametric image amplification
US5303710A (en) Apparatus for imaging an object in or through a scattering medium using coherent anti-Stokes Raman scattering
AU678812B2 (en) Time gated imaging through scattering material using polarization and stimulated raman amplification
US8928802B2 (en) Method and apparatus for producing high dynamic range (HDR) pictures, and exposure apparatuses for use therein
Lempert et al. Pulse-burst laser system for high-speed flow diagnostics
JP5628256B2 (ja) フラッシュ光分解システム
CA2486246A1 (en) Autonomous ultrashort light pulse compression, phase compensation and waveform shaping apparatus
US4633103A (en) Two cell stimulated Raman scattering frequency conversion laser
CN212489863U (zh) 一种快速高效自适应光学补偿的受激拉曼散射成像系统
Ross et al. A high performance excimer pumped Raman laser
US5270853A (en) Method and apparatus for imaging an object in or through a scattering medium by using multiple-wave mixing
RU2091058C1 (ru) Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов
CN108649420A (zh) 基于串行opa的超宽带高通量啁啾脉冲放大器
RU94041186A (ru) Устройство для получения послойных оптических изображений светорассеивающих объектов преимущественно биологического происхождения
Zafarullah et al. Preparation of inverted medium and processing in the inverted medium
McGoldrick et al. Observations of ω0/2 harmonic emission from 0.35 μm laser-irradiated plasmas
Bock et al. Single-stage GaSe OPCPA delivering high-energy few-cycle pulses at 11 µm wavelength–INVITED
Berg et al. Optical imaging for medical diagnostics using femtosecond white light
JP2005128229A (ja) 光パルスレーザー装置
Zheng et al. Investigation of the pulse characteristics of an injection seeded diamond Raman amplifier
Zhang et al. Pulse burst mode dual-comb spectroscopy for time-resolved measurements of laser-induced plasmas
Tian et al. Efficient multi-cycle terahertz generation via difference frequency generation of a multiple-lines source
SU1090208A1 (ru) Способ усилени лазерного излучени