RU2463634C1

RU2463634C1 - Laser projection microscope

Info

Publication number: RU2463634C1
Application number: RU2011120852/28A
Authority: RU
Inventors: Максим Викторович Тригуб (RU); Максим Викторович Тригуб; Геннадий Сергеевич Евтушенко (RU); Геннадий Сергеевич Евтушенко; Федор Александрович Губарев (RU); Федор Александрович Губарев; Станислав Николаевич Торгаев (RU); Станислав Николаевич Торгаев
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-10-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: laser projection microscope has a laser amplifier on one side of which, along the optical axis, there is a lens and the observation object, and an imaging system on the other. The laser amplifier is based on laser active medium on copper bromide vapour and is connected to a solid-state pumping source. The image recording system is based on a high-speed CCD camera, mounted in line with the laser amplifier and connected to a personal computer and a synchronisation circuit which is connected to the solid-state pumping source.

EFFECT: high accuracy of monitoring and analysing investigated processes.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к области квантовой электроники, а именно к лазерным проекционным системам, и могут быть использованы для неразрушающего контроля больших интегральных схем, визуализации быстропротекающих процессов, в том числе экранированных от наблюдателя фоновой засветкой, процессов обработки материалов концентрированными потоками энергии, исследования микрообъектов в медицине и биологии.The invention relates to the field of quantum electronics, namely to laser projection systems, and can be used for non-destructive testing of large integrated circuits, visualization of fast processes, including shielded from the observer by background illumination, processes of processing materials with concentrated energy flows, research of microobjects in medicine and biology.

Известен лазерный проекционный микроскоп [Патент РФ №2144204, МПК7 G02B 21/00, опубл. 10.01.2000 г.], который содержит соосно установленные объектив и лазерный усилитель, систему регистрации изображения, связанную с компьютером, и оптический затвор, где система регистрации изображения выполнена в виде телевизионной камеры, связанной с компьютером. Оптический затвор установлен между предметом и лазерным усилителем с возможностью открытия и закрытия синхронно с частотой кадров телевизионной камеры.Known laser projection microscope [RF Patent No. 2144204, IPC7 G02B 21/00, publ. January 10, 2000], which contains a coaxially mounted lens and a laser amplifier, an image recording system connected to a computer, and an optical shutter, where the image registration system is made in the form of a television camera connected to a computer. An optical shutter is installed between the subject and the laser amplifier with the ability to open and close synchronously with the frame rate of the television camera.

Недостатком устройства является то, что каждый кадр формируется различным числом световых импульсов лазерного усилителя, так как экспозиция телевизионной камеры системы регистрации изображения больше периода повторения импульсов лазерного усилителя и отсутствует синхронизация работы камеры и лазерного усилителя. За счет того, что каждый кадр формируется несколькими импульсами сверхсветимости, он будет содержать искажения, связанные с нестабильностью разряда лазерного усилителя от импульса к импульсу и вибрациями элементов оптической схемы, а также изменениями наблюдаемого процесса или объекта за время между импульсами лазерного усилителя.The disadvantage of this device is that each frame is formed by a different number of light pulses of the laser amplifier, since the exposure of the television camera of the image registration system is longer than the pulse repetition period of the laser amplifier and there is no synchronization of the camera and the laser amplifier. Due to the fact that each frame is formed by several superluminal pulses, it will contain distortions associated with the instability of the discharge of the laser amplifier from pulse to pulse and vibrations of the elements of the optical circuit, as well as changes in the observed process or object during the time between pulses of the laser amplifier.

Известен лазерный проекционный микроскоп [Морозова Е.А., Прохоров A.M., Савранский В.В., Шафеев Г.А. Скоростная покадровая регистрация изображений биологических объектов с использованием лазерного проекционного микроскопа // Доклады АН СССР. - 1981. - Т.261. - №6. - С.1460-1462], включающий в себя лазерный усилитель на парах меди, объектив, конденсор, светофильтр, установленные соосно, резонатор, систему 100% зеркал, экран и систему регистрации изображения, представляющую собой высокоскоростную фотографическую установку ВФУ-1. Устройством обеспечивается получение изображения в проходящем свете от каждого импульса сверхизлучения лазерного усилителя.Known laser projection microscope [Morozova EA, Prokhorov A.M., Savransky VV, Shafeev G.A. High-speed frame-by-frame registration of images of biological objects using a laser projection microscope // Doklady AN SSSR. - 1981. - T. 261. - No. 6. - S.1460-1462], which includes a copper vapor laser amplifier, a lens, a condenser, a filter installed coaxially, a resonator, a 100% mirror system, a screen and an image registration system, which is a high-speed photographic setup VFU-1. The device provides an image in transmitted light from each superradiance pulse of a laser amplifier.

Устройство исключает искажения, связанные с нестабильностью разряда и вибрацией элементов оптической схемы. Время экспозиции определяется длительностью импульса сверхизлучения лазерного усилителя. К недостаткам данного устройства можно отнести: ограниченное количество кадров, регистрируемое за одну съемку (40 кадров); сложность процесса обработки полученной информации, записанной на фотопленку; невозможность наблюдения объектов с большим коэффициентом отражения; невозможность мониторинга объекта в режиме реального времени; ограничение по скорости съемки, связанное с особенностями лазерного усилителя на парах меди. Такое устройство не позволяет своевременно реагировать на изменения объекта наблюдения и вмешиваться в наблюдаемый процесс.The device eliminates distortions associated with the instability of the discharge and the vibration of the elements of the optical circuit. The exposure time is determined by the duration of the superradiance pulse of the laser amplifier. The disadvantages of this device include: a limited number of frames recorded in one shot (40 frames); the complexity of the processing of the received information recorded on film; the impossibility of observing objects with a high reflection coefficient; the inability to monitor the object in real time; limitation on the speed of shooting associated with the features of a laser amplifier based on copper vapor. Such a device does not allow timely response to changes in the object of observation and interfere with the observed process.

Известен лазерный проекционный микроскоп [Абрамов Д.В., Галкин А.Ф., Жаренова С.В., Климовский И.И., Прокошев В.Г, Шаманская Е.Л. Визуализация с помощью лазерного монитора взаимодействия лазерного излучения с поверхностью стекло- и пироуглерода // Известия Томского политехнического университета - 2008. - Т.312. - №2. - С.97-101], выбранный в качестве прототипа, включающий в себя лазерный усилитель, с одной стороны от которого соосно установлены объектив и объект наблюдения, а с другой - система формирования изображения и система регистрации изображения либо система формирования изображения и экран, а также систему регистрации изображения, направленную на экран. Система регистрации изображения выполнена на основе CMOS-сенсора, связанного с компьютером. Лазерный усилитель выполнен на основе активной среды лазера на парах меди. Максимальная частота съемки системы регистрации изображения составляет 5000 кадров в секунду, частота работы лазерного усилителя составляет 16 кГц. Такой лазерный проекционный микроскоп позволяет визуализировать быстропротекающие процессы с временным разрешением 0,2 мс и отображать их на экране компьютера.Known laser projection microscope [Abramov D.V., Galkin A.F., Zharenova S.V., Klimovsky I.I., Prokoshev V.G., Shamanskaya E.L. Visualization using a laser monitor of the interaction of laser radiation with the surface of glass and pyrocarbon // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University - 2008. - V.312. - No. 2. - S.97-101], selected as a prototype, including a laser amplifier, on the one side of which the lens and the object of observation are coaxially mounted, and on the other, an imaging system and an image registration system or an imaging system and a screen, and also an image registration system directed to the screen. The image registration system is based on a CMOS sensor connected to a computer. The laser amplifier is based on the active medium of a copper vapor laser. The maximum shooting frequency of the image registration system is 5000 frames per second, the frequency of the laser amplifier is 16 kHz. Such a laser projection microscope allows you to visualize fast-moving processes with a time resolution of 0.2 ms and display them on a computer screen.

Недостатками этого лазерного проекционного микроскопа является рассогласование работы лазерного усилителя и системы регистрации изображения. В результате, даже при наблюдении статического объекта, кадры получаемого видеофайла существенно отличаются друг от друга по яркости. Это связано с отсутствием синхронизации работы системы регистрации изображения и лазерного усилителя, который работает в импульсно-периодическом режиме.The disadvantages of this laser projection microscope is the mismatch of the laser amplifier and the image registration system. As a result, even when observing a static object, the frames of the resulting video file differ significantly in brightness. This is due to the lack of synchronization of the image registration system and the laser amplifier, which operates in a pulse-periodic mode.

Если время экспозиции системы регистрации изображения t_э лежит в диапазонеIf the exposure time of the image registration system t _e lies in the range

T<t_э<2T,T <t _e <2T,

где T - период повторения импульсов лазерного усилителя, то изображение будет формироваться или одним, или двумя импульсами примерно с равной вероятностью, то есть яркость кадров будет отличаться в два раза.where T is the pulse repetition period of the laser amplifier, the image will be formed either by one or two pulses with approximately equal probability, that is, the brightness of the frames will differ by half.

Если 2T<t_э<3T,If 2T <t _e <3T,

то изображение будет формироваться или двумя, или тремя импульсами, то есть яркость кадров будет отличаться в полтора раза. Кроме скачков яркости изображения будут присутствовать искажения, связанные с нестабильностью разряда лазерного усилителя от импульса к импульсу и вибрациями элементов оптической схемы, а также с изменениями исследуемого объекта, отследить которые за время экспозиции системы регистрации изображения в таком устройстве не представляется возможным. В случае, если время экспозиции меньше периода работы лазерного усилителя, то полученный видеофайл будет содержать «пустые» кадры, которые получены в момент регистрации изображения в межимпульсный период лазерного усилителя, что снижает временное разрешение устройства в целом. Кроме этого, лазерный усилитель выполнен на основе лазера на парах меди, что ограничивает максимальное временное разрешение на уровне максимальных частот следования импульсов генерации данного лазера.then the image will be formed either by two or three pulses, that is, the brightness of the frames will differ by one and a half times. In addition to jumps in image brightness, there will be distortions associated with the instability of the laser amplifier discharge from pulse to pulse and vibrations of the elements of the optical circuit, as well as with changes in the object under study, which cannot be tracked during the exposure of the image registration system in such a device. If the exposure time is less than the period of operation of the laser amplifier, the resulting video file will contain “empty” frames, which were received at the time of recording the image in the interpulse period of the laser amplifier, which reduces the time resolution of the device as a whole. In addition, the laser amplifier is made on the basis of a copper vapor laser, which limits the maximum time resolution at the level of maximum repetition frequencies of the generation pulses of this laser.

Задача, решаемая изобретениями, - регистрация быстропротекающих процессов посредством лазерного проекционного микроскопа с высоким временным разрешением и минимальными искажениями и, как следствие, повышение точности контроля и анализа исследуемых процессов.The problem solved by the inventions is the registration of fast processes using a laser projection microscope with a high temporal resolution and minimal distortion and, as a result, improving the accuracy of monitoring and analysis of the processes under study.

Указанная задача решена за счет того, что лазерный проекционный микроскоп, так же, как в прототипе, содержит лазерный усилитель, с одной стороны от которого вдоль оптической оси расположены объектив и объект наблюдения, а с другой размещена система формирования изображения и экран; а также систему регистрации изображения.This problem is solved due to the fact that the laser projection microscope, as in the prototype, contains a laser amplifier, on the one hand from which the lens and the object of observation are located along the optical axis, and on the other there is an imaging system and a screen; as well as an image registration system.

Согласно первому варианту изобретения лазерный усилитель выполнен на основе активной среды лазера на парах бромида меди и связан с полупроводниковым источником накачки, система регистрации изображения выполнена на основе высокоскоростной CCD-камеры, направленной на экран и связанной с персональным компьютером и схемой синхронизации, которая связана с полупроводниковым источником накачки.According to a first embodiment of the invention, the laser amplifier is based on the active medium of a copper bromide vapor laser and is connected to a semiconductor pump source, the image recording system is based on a high-speed CCD camera directed to the screen and connected to a personal computer and a synchronization circuit that is connected to the semiconductor source of pumping.

Во втором варианте лазерный проекционный микроскоп, так же, как в прототипе, содержит лазерный усилитель, с одной стороны от которого вдоль оптической оси расположены объектив и объект наблюдения, а с другой размещена система формирования изображения; а также систему регистрации изображения.In the second embodiment, the laser projection microscope, as in the prototype, contains a laser amplifier, on one side of which the lens and the object of observation are located along the optical axis, and on the other there is an imaging system; as well as an image registration system.

В отличие от прототипа лазерный усилитель выполнен на основе активной среды лазера на парах бромида меди и связан с полупроводниковым источником накачки, система регистрации изображения выполнена на основе высокоскоростной CCD-камеры, установленной соосно с лазерным усилителем и связанной с персональным компьютером и схемой синхронизации, которая связана с полупроводниковым источником накачки.Unlike the prototype, the laser amplifier is based on the active medium of a copper bromide vapor laser and is connected to a semiconductor pump source, and the image recording system is based on a high-speed CCD camera mounted coaxially with the laser amplifier and connected to a personal computer and a synchronization circuit, which is connected with a semiconductor pump source.

За счет того, что в лазерный проекционный микроскоп введена система регистрации изображения - высокоскоростная камера, связанная с компьютером, и схема синхронизации, связанная с полупроводниковым источником накачки лазерного усилителя на основе лазера на парах бромида меди и камерой, обеспечена регистрация изображения от единичного импульса подсветки (импульса сверхсветимости, генерируемого лазерным усилителем).Due to the fact that an image registration system is introduced into the laser projection microscope - a high-speed camera connected to a computer and a synchronization circuit associated with a semiconductor pump source of a laser amplifier based on a copper bromide vapor laser and a camera, image registration from a single backlight pulse is provided ( superluminosity pulse generated by a laser amplifier).

Технический результат заключается в уменьшении искажений, связанных с вибрацией элементов оптической схемы и нестабильностью разряда лазерного усилителя от импульса к импульсу; увеличении временного разрешения лазерного проекционного микроскопа, так как в качестве лазерного усилителя используется активная среда лазера на парах бромида меди, оптимальные частоты следования импульсов генерации которого выше, чем у лазера на парах меди; исключении искажений, связанных с изменениями исследуемого объекта (или процесса) в межимпульсный период, за счет регистрации изображений от единичного импульса сверхсветимости лазерного усилителя.The technical result consists in reducing distortions associated with the vibration of the elements of the optical circuit and the instability of the discharge of the laser amplifier from pulse to pulse; increasing the time resolution of the laser projection microscope, since the active medium of the copper bromide vapor laser is used as a laser amplifier, the optimal pulse repetition frequencies of which are higher than that of a copper vapor laser; elimination of distortions associated with changes in the studied object (or process) in the interpulse period, due to the registration of images from a single superluminal pulse of a laser amplifier.

На фиг.1 представлена схема лазерного проекционного микроскопа при съемке изображения с экрана.Figure 1 presents a diagram of a laser projection microscope when shooting images from the screen.

На фиг.2 представлена схема лазерного проекционного микроскопа при формировании изображения непосредственно на матрицу высокоскоростной камеры.Figure 2 presents a diagram of a laser projection microscope during image formation directly on the matrix of a high-speed camera.

На фиг.3 приведены осциллограммы при различной скорости съемки: а) при частоте 28.8 кГц, б) при частоте 4.1 кГц, где кривая 1 - синхроимпульс, кривая 2 - импульс сверхизлучения лазерного усилителя, кривая 3 - импульс экспозиции. Уровни напряжений - ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика.Figure 3 shows the oscillograms at different shooting speeds: a) at a frequency of 28.8 kHz, b) at a frequency of 4.1 kHz, where curve 1 is a sync pulse, curve 2 is a superradiance pulse of a laser amplifier, curve 3 is an exposure pulse. Voltage levels - TTL - transistor-transistor logic.

Предлагаемый лазерный проекционный микроскоп (фиг.1) содержит лазерный усилитель 1 на основе активной среды лазера на парах бромида меди, с одной стороны от которого вдоль оптической оси расположены объектив 2 и объект наблюдения 3, а с другой - система формирования изображения 4 и экран 5. Система регистрации изображения 6 (СР) состоит из высокоскоростной CCD-камеры 7, направленной на экран 5, связанной с персональным компьютером 8 (ПК) и схемой синхронизации 9 (ССН). Полупроводниковый источник накачки 10 (ИН), связанный с лазерным усилителем 1, содержит формирователь высоковольтных импульсов 11 (ФВИ), связанный с лазерным усилителем 1 и с синхрогенератором 12 (СГ). Схема синхронизации 9 (ССН) включает в себя схему согласования 13 (СС), связанную с синхрогенератором 12 (СГ), формирователь синхроимпульса 14 (ФС), связанный со схемой согласования 13 (СС) оптоволоконным кабелем (15). Формирователь синхроимпульса 14 (ФС) связан с высокоскоростной CCD-камерой 7 системы регистрации изображения 6 (СР).The proposed laser projection microscope (Fig. 1) contains a laser amplifier 1 based on the active medium of a copper bromide laser, on one side of which along the optical axis are a lens 2 and an object of observation 3, and on the other, an imaging system 4 and a screen 5 The image registration system 6 (CP) consists of a high-speed CCD camera 7, directed to the screen 5, connected to a personal computer 8 (PC) and a synchronization circuit 9 (CCH). The semiconductor pump source 10 (ID) associated with the laser amplifier 1, contains a driver of high voltage pulses 11 (PVI), connected with the laser amplifier 1 and with the sync generator 12 (SG). Synchronization circuit 9 (CCH) includes a matching circuit 13 (CC) associated with a sync generator 12 (CG), a clock driver 14 (FS) connected to a matching circuit 13 (CC) with an optical fiber cable (15). The clock generator 14 (FS) is connected to a high-speed CCD camera 7 of the image recording system 6 (SR).

Во втором варианте лазерного проекционного микроскопа (фиг.2) система формирования изображения 4 и высокоскоростная CCD-камера 7 установлены соосно с лазерным усилителем 1.In the second version of the laser projection microscope (figure 2), the imaging system 4 and the high-speed CCD camera 7 are mounted coaxially with the laser amplifier 1.

В качестве лазерного усилителя 1 использована активная среда лазера на парах бромида меди [например, по патенту РФ №62742, МПК H01S 3/08, H01S 3/227, опубл. 27.04.2007]. Формирователь высоковольтных импульсов 11 (ФВИ) выполнен на основе мощных IGBT транзисторов [например, Тригуб М.В., Торгаев С.Н., Фёдоров В.Ф. Полупроводниковые источники накачки CuBr-лазеров // Известия Томского политехнического университета, 2010. - Т.317 - №4. - С.164-168]. Синхрогенератор 12 (СГ) представляет собой генератор задающих импульсов требуемой частоты и длительности, выполненный на основе цифровых логических элементов, например КР1533ЛА3. Схема согласования 13 (СС) представляет собой буферный элемент, например UCC37322, связанный с оптическим передатчиком, например HFBR-1522. Формирователь синхроимпульса 14 (ФС) содержит оптический приемник, например HFBR-2522, выход которого подключен к ждущему одновибратору, например, на основе цифровых логических элементов или микроконтроллера. В качестве высокоскоростной CCD-камеры 7 использована CCD-камера с управляемым затвором, например FastCam HiSpec1.As a laser amplifier 1, an active medium of a copper bromide vapor laser was used [for example, according to the patent of the Russian Federation No. 62742, IPC H01S 3/08, H01S 3/227, publ. 04/27/2007]. The high-voltage pulse generator 11 (FVI) is based on powerful IGBT transistors [for example, Trigub MV, Torgaev S.N., Fedorov V.F. Semiconductor pump sources of CuBr lasers // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2010. - T.317 - No. 4. - S.164-168]. Synchro-generator 12 (SG) is a generator of master pulses of the required frequency and duration, made on the basis of digital logic elements, for example KR1533LA3. Matching circuit 13 (CC) is a buffer element, for example UCC37322, associated with an optical transmitter, for example HFBR-1522. The clock generator 14 (FS) contains an optical receiver, for example HFBR-2522, the output of which is connected to a standby single-shot, for example, based on digital logic elements or a microcontroller. As a high-speed CCD camera 7, a CCD camera with a controlled shutter, for example, FastCam HiSpec1, is used.

Излучение лазерного усилителя 1, работающего в режиме сверхсветимости (без зеркал) (фиг.1), фокусируется на объекте наблюдения 3 при помощи объектива 2. Отраженный от объекта наблюдения 3 сигнал собирается и направляется на вход лазерного усилителя 1 объективом 2, который усиливается лазерным усилителем 1 и проецируется системой формирования изображения 4 либо на экран 5, с которого производится съемка высокоскоростной CCD-камерой 7, либо непосредственно на матрицу высокоскоростной CCD-камеры 7 системы регистрации изображения 6 (СР) (фиг.2). Изображение с высокоскоростной CCD-камеры 7 передается в персональный компьютер 8 (ПК), где представляется в цифровом виде, что обеспечивает возможность обработки и анализа изображения. Для синхронизации работы системы регистрации изображения 6 (СР) и лазерного усилителя 1 применяется схема синхронизация 9 (ССН), которая обеспечивает управление затвором высокоскоростной CCD-камеры 7. Импульс синхронизации поступает на высокоскоростную CCD-камеру 7 с формирователя синхроимпульса 14 (ФС) с такой задержкой, чтобы импульс сверхсветимости лазерного усилителя 1 попал в экспозицию высокоскоростной CCD-камеры 7. Также формирователь синхроимпульса 14 (ФС) позволяет изменять скорость съемки высокоскоростной CCD-камеры 7 путем формирования синхроимпульса с частотой, кратной частоте работы лазерного усилителя 1. При этом частота работы лазерного усилителя 1 остается неизменной.The radiation of a laser amplifier 1 operating in a super-luminosity mode (without mirrors) (Fig. 1) is focused on the observation object 3 using a lens 2. The signal reflected from the observation object 3 is collected and sent to the input of the laser amplifier 1 by a lens 2, which is amplified by a laser amplifier 1 and is projected by the imaging system 4 either onto the screen 5 from which the high-speed CCD camera 7 is shot, or directly onto the matrix of the high-speed CCD camera 7 of the image recording system 6 (CP) (Fig. 2). The image from the high-speed CCD camera 7 is transmitted to a personal computer 8 (PC), where it is presented in digital form, which provides the ability to process and analyze the image. To synchronize the operation of the image recording system 6 (SR) and laser amplifier 1, a synchronization circuit 9 (CCH) is used, which provides the shutter control for a high-speed CCD camera 7. A synchronization pulse is transmitted to a high-speed CCD camera 7 from a sync pulse shaper 14 (FS) with such a delay, so that the super-luminosity pulse of the laser amplifier 1 falls on the exposure of the high-speed CCD camera 7. Also, the sync pulse shaper 14 (FS) allows you to change the shooting speed of the high-speed CCD camera 7 by forming clock with a frequency that is a multiple of the frequency of the laser amplifier 1. In this case, the frequency of the laser amplifier 1 remains unchanged.

Для пояснения работы устройства на фиг.3 приведены осциллограммы, полученные с помощью осциллографа LeCroy WJ-324, синхроимпульса - кривая 1 (импульса, поступающего с формирователя синхроимпульса 14 (ФС) на вход высокоскоростной CCD-камеры 7), сверхизлучения - кривая 2 (оптический импульс излучения лазерного усилителя 1, полученный с помощью ФЭК-22), и импульса экспозиции высокоскоростной CCD-камеры 7 - момент, когда происходит регистрация изображения - кривая 3. На фиг.3а представлен вариант, когда система регистрации 6 (СР) регистрирует изображения каждого импульса сверхизлучения лазерного усилителя 1, на фиг.3б - каждого восьмого. Из осциллограмм видно, что с использованием схемы синхронизации 9 (ССН) работа системы регистрации изображения 6 (СР) и лазерного усилителя 1 синхронны, то есть за счет того, что на вход высокоскоростной CCD-камеры 7 поступает синхроимпульс (кривая 1), в каждую экспозицию (кривая 3) попадает импульс сверхизлучения (кривая 2) лазерного усилителя 1.To explain the operation of the device, Fig. 3 shows the oscillograms obtained using a LeCroy WJ-324 oscilloscope, the clock pulse is curve 1 (the pulse coming from the clock generator 14 (FS) to the input of a high-speed CCD camera 7), and the superradiance is curve 2 (optical the radiation pulse of the laser amplifier 1 obtained using FEK-22) and the exposure pulse of the high-speed CCD camera 7 — the moment when the image is recorded — curve 3. Figure 3a shows an option when the registration system 6 (CP) registers images of each superradiance pulse laser amplifier 1, 3b - for each of the eighth. From the oscillograms it is seen that using the synchronization circuit 9 (CCH), the operation of the image recording system 6 (SR) and the laser amplifier 1 are synchronous, that is, due to the fact that the clock pulse is input to the input of the high-speed CCD camera 7 (curve 1), each exposure (curve 3) hits the superradiance pulse (curve 2) of the laser amplifier 1.

Таким образом, введение схемы синхронизации 9 (ССН), обеспечивающей синхронную работу лазерного усилителя 1 и системы регистрации изображения 6 (СР), в лазерный проекционный микроскоп, при прочих равных условиях (частота работы лазерного усилителя 1, характеристики системы регистрации изображения 6 (СР)), дает возможность регистрировать процесс (или объект наблюдения) в отдельном импульсе сверхизлучения лазерного усилителя 1 и, как следствие, повысить достоверность получаемой информации и точность контроля исследуемого процесса. Это обеспечивается за счет уменьшения искажений, связанных с вибрацией элементов схемы, нестабильностью разряда лазерного усилителя 1 от импульса к импульсу, изменениями, происходящими в исследуемом процессе или объекте за межимпульсный период импульсов сверхизлучения лазерного усилителя 1, в случае, если кадр будет формироваться несколькими импульсами излучения лазерного усилителя, что присуще аналогам предлагаемого лазерного проекционного микроскопа. Наибольшее временное разрешение лазерного проекционного микроскопа достигается при равенстве частоты работы лазерного усилителя 1 и скорости съемки высокоскоростной CCD-камеры 7, то есть когда регистрируется каждый импульс сверхизлучения лазерного усилителя 1. Использование в качестве лазерного усилителя 1 активной среды лазера на парах бромида меди позволяет регистрировать процессы с большим временным разрешением, так как оптимальные частоты следования импульсов излучения у нее выше, чем у среды лазера на парах меди, используемой в прототипе.Thus, the introduction of the synchronization circuit 9 (CCH), which ensures the synchronous operation of the laser amplifier 1 and the image recording system 6 (SR), in a laser projection microscope, ceteris paribus (frequency of the laser amplifier 1, characteristics of the image registration system 6 (SR) ), makes it possible to register the process (or object of observation) in a separate superradiance pulse of the laser amplifier 1 and, as a result, increase the reliability of the information received and the accuracy of the control of the investigated process. This is achieved by reducing distortions associated with the vibration of the circuit elements, the instability of the discharge of the laser amplifier 1 from pulse to pulse, the changes occurring in the process or object under study during the inter-pulse period of superradiance pulses of the laser amplifier 1, if the frame is formed by several radiation pulses laser amplifier, which is inherent in the analogues of the proposed laser projection microscope. The highest temporal resolution of the laser projection microscope is achieved when the frequency of operation of the laser amplifier 1 and the shooting speed of the high-speed CCD camera 7 are equal, that is, when each superradiance pulse of the laser amplifier 1 is recorded. Using the active medium of a copper bromide laser as a laser amplifier 1 allows one to register processes with a large temporal resolution, since the optimal pulse repetition rates are higher for it than for the medium of a copper vapor laser used in ototype.

Claims

1. A laser projection microscope containing a laser amplifier, on one side of which an objective and an object of observation are located along the optical axis, and on the other, an imaging system and a screen are arranged; as well as an image registration system, characterized in that the laser amplifier is based on the active medium of a copper bromide vapor laser and is connected to a semiconductor pump source, the image registration system is based on a high-speed CCD camera aimed at the screen and connected to a personal computer and circuit synchronization, which is associated with a semiconductor pump source.

2. A laser projection microscope containing a laser amplifier, on one side of which an objective and an observation object are located along the optical axis, and on the other, an imaging system is arranged; as well as an image registration system, characterized in that the laser amplifier is based on the active medium of a copper bromide vapor laser and is connected to a semiconductor pump source, the image registration system is based on a high-speed CCD camera mounted coaxially with the laser amplifier and connected to a personal computer and a timing circuit that is coupled to a semiconductor pump source.