CN112902866B - 一种空间分幅装置、全光超快成像***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于全光超快成像技术领域，公开了一种空间分幅装置、全光超快成像***及方法。空间分幅装置包括剪切反射镜阵列色散装置、第一反射镜、分束成像微透镜阵列。全光超快成像***包括超短脉冲激光器、分束镜、泵浦延时光路装置、时间色散装置、聚焦透镜、显微成像装置、空间分幅装置、成像接收装置。本发明解决了现有技术中实现全光超快成像的装置或***的成像帧数目难以增加，每帧图像空间分辨率不同，且加工难度大、成本较高的问题。本发明提供的装置或成像***能增加成像帧数目，消除每帧之间的光程差，避免多帧成像时产生离焦现象，进而保证每帧图像都成像清晰，其加工制作简单、能够有效降低成本。

Description

一种空间分幅装置、全光超快成像***及方法

技术领域

本发明属于全光超快成像技术领域，更具体地，涉及一种空间分幅装置、全光超快成像***及方法。

背景技术

近年来，对材料的微观特性和加工过程中产生的超快现象进行观察和本质探讨，已经成为研究热点，比如薄膜生长缺陷实时监测与调控、晶格振动、晶化与非晶化之间的相变过程等超快现象，其时间尺度为皮秒甚至飞秒量级。超快成像技术，是一种对材料特性和加工过程中产生的超快现象进行加工和检测的关键技术，因此，超快成像的时间分辨率、空间分辨率以及成像帧数目等技术指标，对观测皮秒甚至飞秒量级的激光加工中的超快动态演化过程等至关重要。

相较于其他超快成像技术，全光超快成像技术能够实现更高的时间分辨率和空间分辨率。基于泵浦-探测技术的超快成像技术，其时间分辨率由探测光脉冲宽度决定，但该技术仅适用于观测可重复的超快现象，无法用于捕捉单次的、无规律的超快现象。2014年，日本K.Nakagawa课题组提出了全光飞秒超快时序成像***的概念，并在实验上得已实现。该技术是一种新型的全光时间映射成像技术，在时间分辨率、像素分辨率、帧数、二维图像获取以及显微成像等方面具有比传统超快成像技术明显的优势。全光时间序列映射成像技术号称世界最快的2D超快成像技术，其帧间隔达每秒4.4万亿帧，时间分辨率最小为229fs,该技术的光谱映射单元，采用衍射光栅、柱面反射镜、潜望镜阵列组合，但由于潜望镜阵列结构复杂，该技术目前实现的分幅数目只能达到6帧，更多帧数目的分幅成像，潜望镜阵列结构加工难度大，且光路调节复杂，帧数目很难增加。为了克服STAMP技术中分幅数目不足的缺陷，随后该研究团队对STAMP实验***进行了改进，采用时空波分复用全息技术，将光学衍射元件和窄带滤波器件组合，替代时间调制装置和空间调制装置，将分幅数量增加为25帧，时间分辨率达到133fs，但DOE需特殊定制，定制DOE的价格极为昂贵，大大提高了***的生产加工成本，且约1nm厚度窄带滤波器件的表面镀上百层膜，其加工工艺极为复杂，生产难度极大，我国目前仍没有成熟的加工工艺，相关元件仍需要进口，这也大大提高了***的生产加工成本，严重限制了超快成像技术的发展。日本课题组，最近又提出一种两路分支的光谱剪切反射镜4f***，可以在增加成像帧数目的同时，保持其像素的分辨率不变。该4f***包括光谱剪切反射镜、柱面镜、衍射光栅组成，该光谱剪切反射镜是18片x方向一维角度倾斜的光谱剪切反射镜面，由两组相邻的9个反射镜面组成，每个反射镜面反射出一定频谱带宽的子脉冲，使得每个子脉冲在空间上分离。这种分支路径设计，利用多个CCD探测器成像，从而克服帧数和像素分辨率的权衡。但是，该光谱剪切反射镜镜面，每个反射面只在一个维度上角度倾斜，如果成像帧数目增加到50帧，每帧之间存在光程差，多帧成像时产生离焦现象，每帧图像空间分辨率不同。同时元器件尺寸将大于厂家生产规格尺寸，光谱剪切反射镜、柱面镜、衍射光栅等元器件需要定制，加工成本大大增加。因此，当前迫切需要提出一种能增加成像帧数目，保证每帧图像成像清晰，且加工工艺简单、生产成本低的空间分幅装置和全光超快成像***。

发明内容

本发明通过提供一种空间分幅装置、全光超快成像***及方法，解决现有技术中实现全光超快成像的装置或***的成像帧数目难以增加，每帧图像空间分辨率不同，且加工难度大、成本较高的问题。

本发明提供一种空间分幅装置，包括：剪切反射镜阵列色散装置、第一反射镜、分束成像微透镜阵列；所述剪切反射阵列色散装置用于将入射的具有不同波长的光束进行空间色散，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束；所述第一反射镜用于将所述二维阵列分布的多束子光束反射至所述分束成像微透镜阵列；所述分束成像微透镜阵列用于对所述二维阵列分布的多束子光束分别进行聚焦。

优选的，所述剪切反射阵列色散装置包括：色散光栅、第一透镜、二维光谱剪切反射镜阵列；所述色散光栅、所述第一透镜、所述二维光谱剪切反射镜阵列组成4f***；所述二维光谱剪切反射镜阵列由在x方向、y方向角度倾斜的多个相邻反射镜面组成；所述色散光栅用于将入射的具有不同波长的光束在x方向上进行色散；所述第一透镜用于将在x方向色散后的光束聚焦至所述二维光谱剪切反射镜阵列；所述二维光谱剪切反射镜阵列用于将聚焦后的光束在x方向、y方向分别反射不同的角度，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束。

利用上述空间分幅装置，本发明还提供一种全光超快成像***，包括：超短脉冲激光器、分束镜、泵浦延时光路装置、时间色散装置、聚焦透镜、显微成像装置、上述的空间分幅装置、成像接收装置；所述超短脉冲激光器用于产生超短脉冲激光；所述分束镜用于对所述超短脉冲激光进行分束，得到泵浦光束和探测光束；所述泵浦延时光路装置用于对所述泵浦光束进行延时处理得到第一光束；所述第一光束入射至观测对象；所述时间色散装置用于对所述探测光束的脉冲宽度进行展宽，并使所述探测光束中具有不同频率的成分产生不同延时得到第二光束；所述第二光束与所述第一光束同步入射至所述观测对象；所述聚焦透镜用于将所述第二光束聚焦至所述观测对象；所述显微成像装置用于对第三光束进行显微成像；所述第三光束为所述第一光束、所述第二光束经过所述观测对象后得到的携带有观测对象信息的脉冲序列；所述空间分幅装置用于对所述第三光束进行空间色散得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，基于所述二维阵列分布的多束子光束分别聚焦至所述成像接收装置上，形成二维阵列分布的成像光斑；所述成像接收装置用于接收所述二维阵列分布的成像光斑，得到多帧图像。

优选的，所述泵浦延时光路装置包括依光路依次设置的第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜；所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第五反射镜用于改变所述泵浦光束的方向，使所述泵浦光束激发所述观测对象产生超快现象；所述第三反射镜和所述第四反射镜安装在二维精密平移台上，通过调节所述二维精密平移台使所述第一光束与所述第二光束同步入射至所述观测对象。

优选的，所述时间色散装置采用色散玻璃棒、光栅对、棱镜对中的一种构成的组合。

优选的，所述显微成像装置包括依光路依次设置的显微物镜、第二透镜、第三透镜；所述观测对象设置在所述显微成像装置的焦距处；所述显微物镜用于对所述第三光束进行显微成像；所述第二透镜和所述第三透镜组成扩缩单元，用于对所述第三光束的光斑大小进行缩放。

优选的，所述显微成像装置还包括：孔径光阑；所述孔径光阑设置在所述显微物镜和所述第二透镜之间；所述孔径光阑用于调节所述第三光束的光斑的大小，使其与所述剪切反射阵列色散装置中的二维光谱剪切反射镜阵列的每片镜面的宽度匹配。

优选的，所述显微成像装置还包括：视场光阑；所述视场光阑设置在所述第二透镜的焦点处；所述视场光阑用于调节视场，实现物方不同视场的显微成像。

优选的，所述成像接收装置设置在所述分束成像微透镜阵列的像平面处；所述成像接收装置采用CCD高速相机。

本发明提供一种全光超快成像方法，包括以下步骤：

步骤1、通过超短脉冲激光器产生超短脉冲激光；

步骤2、通过分束镜对所述超短脉冲激光进行分束，得到泵浦光束和探测光束；

步骤3、通过泵浦延时光路装置对所述泵浦光束进行延时处理得到第一光束，所述第一光束入射至观测对象；

步骤4、通过时间色散装置对所述探测光束的脉冲宽度进行展宽，并使所述探测光束中具有不同频率的成分产生不同延时得到第二光束；所述第二光束与所述第一光束同步入射至所述观测对象；

步骤5、通过显微成像装置对第三光束进行显微成像；所述第三光束为所述第一光束、所述第二光束经过所述观测对象后得到的携带有观测对象信息的脉冲序列；

步骤6、通过上述的空间分幅装置对所述第三光束进行空间色散得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，通过上述的空间分幅装置基于所述二维阵列分布的多束子光束分别聚焦至所述成像接收装置的上，形成二维阵列分布的成像光斑；

步骤7、通过所述成像接收装置接收所述二维阵列分布的成像光斑，得到多帧图像。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在发明中，提供的空间分幅装置能够得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，并能够对二维阵列分布的多束子光束分别进行聚焦(后续聚焦至成像接收装置上形成二维阵列分布的成像光斑)，因此本发明用于成像可以在增加帧数目的同时，保证元器件尺寸不过大，从而更好地利用成像接收装置的感光面积。利用上述分幅装置构建的全光超快成像***相对于现有的全光超快成像***具有能增加成像帧数目、加工制作简单、成本较低的优点，与***对应的全光超快成像方法也能够保证每帧图像成像清晰。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种空间分幅装置中二维光谱剪切反射镜阵列的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种全光超快成像***的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种全光超快成像***的总体光路图。

其中，101—超短脉冲激光器、102—分束镜、103—泵浦延时光路装置、104—时间色散装置、105—聚焦透镜、106—观测对象、107—显微成像装置、108—剪切反射镜阵列色散装置、109—第一反射镜、110—分束成像微透镜阵列、111—成像接收装置；

201—超短脉冲激光器、202—分束镜、203—第二反射镜、204—第三反射镜、205—第四反射镜、206—第五反射镜、207—色散玻璃棒、208—聚焦透镜、209—观测对象、210—显微物镜、211—第二透镜、212—第三透镜、213—色散光栅、214—第一透镜、215—二维光谱剪切反射镜阵列、216—第一反射镜、217—分束成像微透镜阵列、218—CCD高速相机。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

实施例1提供一种空间分幅装置，包括：剪切反射镜阵列色散装置、第一反射镜、分束成像微透镜阵列。

所述剪切反射阵列色散装置用于将入射的具有不同波长的光束进行空间色散，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束；所述第一反射镜用于将所述二维阵列分布的多束子光束反射至所述分束成像微透镜阵列；所述分束成像微透镜阵列用于对所述二维阵列分布的多束子光束分别进行聚焦。

具体的，所述剪切反射阵列色散装置包括：色散光栅、第一透镜、二维光谱剪切反射镜阵列。所述色散光栅、所述第一透镜、所述二维光谱剪切反射镜阵列组成4f***；所述二维光谱剪切反射镜阵列由在x方向、y方向角度倾斜的多个相邻反射镜面组成，参见图1。

所述色散光栅用于将入射的具有不同波长的光束在x方向上进行色散；所述第一透镜用于将在x方向色散后的光束聚焦至所述二维光谱剪切反射镜阵列；所述二维光谱剪切反射镜阵列用于将聚焦后的光束在x方向、y方向分别反射不同的角度，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束。

由于实施例1能够得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，并能够对二维阵列分布的多束子光束分别进行聚焦(后续聚焦至成像接收装置上形成二维阵列分布的成像光斑)，因此实施例1提供的空间分幅装置用于全光超快成像***在增加成像帧数目的同时，保证元器件尺寸不过大，从而更好地利用成像接收装置的感光面积(例如，现有透镜通常直径为1英寸，最大约2英寸。光栅通常最大尺寸为50mm*50mm。假设全光超快成像***增加其成像帧数目到50帧，50帧光斑摆成竖直一条，需要比2英寸大的元器件才能接收光束。如果50帧光斑分成二维矩阵分布的光束，则现有器件的尺寸可满足需求，不需要定制)。且能消除每帧之间的光程差，避免多帧成像时产生离焦现象，进而保证每帧图像成像清晰。此外，相比于潜望镜阵列***，实施例1采用的剪切反射阵列色散装置能增加成像帧数目，其加工制作简单、光路调节方便。

具体的，相比于衍射光栅、柱面镜、一维角度倾斜的光谱剪切反射镜构成的4f***的空间色散方式，由于柱面镜只在水平方向聚焦形成一维分布的平行光束，而实施例1中的第一透镜在水平和垂直方向都有聚焦作用，基于二维光谱剪切反射镜阵列、第一透镜、色散光栅组成4f***能够获得二维分布的平行光束，且每个子光束经过分束成像微透镜阵列聚焦形成二维的阵列光斑。因此，实施例1提供的空间分幅装置用于全光超快成像***在增加成像帧数目的同时，保证元器件尺寸不过大，从而更好地利用CCD感光面积。且能消除每帧之间的光程差，避免多帧成像时产生离焦现象，进而保证每帧图像成像清晰。此外，相比于潜望镜阵列***，采用的剪切反射阵列色散装置的能增加成像帧数目，其加工制作简单、光路调节方便。

实施例2：

实施例2提供一种全光超快成像***，如图2所示，包括：超短脉冲激光器101、分束镜102、泵浦延时光路装置103、时间色散装置104、聚焦透镜105、显微成像装置107、实施例1提供的空间分幅装置、成像接收装置111。

所述超短脉冲激光器101用于产生超短脉冲激光。

所述分束镜102用于对所述超短脉冲激光进行分束，得到泵浦光束和探测光束。

所述泵浦延时光路装置103用于对所述泵浦光束进行延时处理得到第一光束；所述第一光束入射至观测对象106。

所述时间色散装置104用于对所述探测光束的脉冲宽度进行展宽，并使所述探测光束中具有不同频率的成分产生不同延时得到第二光束；所述第二光束与所述第一光束同步入射至所述观测对象106。

所述聚焦透镜105用于将所述第二光束聚焦至所述观测对象106。

所述显微成像装置107用于对第三光束进行显微成像；所述第三光束为所述第一光束、所述第二光束经过所述观测对象后得到的携带有观测对象信息的脉冲序列。

所述空间分幅装置用于对所述第三光束进行空间色散得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，基于所述二维阵列分布的多束子光束分别聚焦至所述成像接收装置111上，形成二维阵列分布的成像光斑。

具体的，空间分幅装置包括：剪切反射镜阵列色散装,108、第一反射镜109、分束成像微透镜阵列110。所述剪切反射阵列色散装置108用于将入射的具有不同波长的光束进行空间色散，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束；所述第一反射镜109用于将所述二维阵列分布的多束子光束反射至所述分束成像微透镜阵列110；所述分束成像微透镜阵列110用于对所述二维阵列分布的多束子光束分别进行聚焦。

所述成像接收装置111用于接收所述二维阵列分布的成像光斑，得到多帧图像。

实施例2提供的全光超快成像***相对于现有的全光超快成像***具有能增加成像帧数目，保证每帧图像成像清晰，且加工工艺简单、生产成本低的优点。

实施例3：

实施例3在实施例2的基础上提供一种更具体的全光超快成像***，如图3所示，包括：超短脉冲激光器201、分束镜202、第二反射镜203、第三反射镜204、第四反射镜205、第五反射镜206、色散玻璃棒207、聚焦透镜208、显微物镜210、第二透镜211、第三透镜212、色散光栅213、第一透镜214、二维光谱剪切反射镜阵列215、第一反射镜216、分束成像微透镜阵列217、CCD高速相机218。

即所述泵浦延时光路装置包括依光路依次设置的所述第二反射镜203、所述第三反射镜204、所述第四反射镜205、所述第五反射镜206。所述第二反射镜203、所述第三反射镜204、所述第四反射镜205、所述第五反射镜206用于改变所述泵浦光束的方向，使所述泵浦光束激发所述观测对象209产生超快现象；所述第三反射镜204和所述第四反射镜205安装在二维精密平移台上，通过调节所述二维精密平移台使所述第一光束与所述第二光束同步入射至所述观测对象209。

所述时间色散装置可以采用色散玻璃棒、光栅对、棱镜对中的一种构成的组合。实施例3采用所述色散玻璃棒207构成的组合。

所述显微成像装置包括依光路依的所述显微物镜210、所述第二透镜211、所述第三透镜212；所述观测对象209设置在所述显微成像装置的焦距处；所述显微物镜210用于对所述第三光束进行显微成像；所述第二透镜211和所述第三透镜212组成扩缩单元，用于对所述第三光束的光斑大小进行缩放。

优选的方案中，所述显微成像装置还包括孔径光阑；所述孔径光阑设置在所述显微物镜210和所述第二透镜211之间；所述孔径光阑用于调节所述第三光束的光斑的大小，使其与所述剪切反射阵列色散装置中的二维光谱剪切反射镜阵列215的每片镜面的宽度匹配。此外，所述显微成像装置还可以包括视场光阑；所述视场光阑设置在所述第二透镜211的焦点处；所述视场光阑用于调节视场，实现物方不同视场的显微成像。

所述成像接收装置采用CCD高速相机218，且设置在所述分束成像微透镜阵列217的像平面处。

实施例4：

采用实施例2或实施例3中的全光超快成像***，实施例4提供一种全光超快成像方法

具体的，实施例4提供了一种全光超快成像方法，包括以下步骤：

步骤1、通过超短脉冲激光器产生超短脉冲激光。

其中，超短脉冲激光可为宽频谱宽度的飞秒超快脉冲激光。例如，所述超短脉冲激光器可采用美国相干公司宽频谱宽度的800nm的钛宝石飞秒激光器，其型号为vitara-T-HP，平均功率为1000mw，脉冲宽度20fs，中心波长为800nm，脉冲3dB带宽约100nm，重复频率80MHz。此外，为了激光观测样品产生超快现象，且与高速相机的帧速率相匹配，激光器后连接光学参量放大器、斩波器，实现降低光脉冲的重复频率。

步骤2、通过分束镜对所述超短脉冲激光进行分束，得到泵浦光束和探测光束。

例如，分束镜的透射率与反射率之比可设置为70％：30％。

步骤3、通过泵浦延时光路装置对所述泵浦光束进行延时处理得到第一光束，所述第一光束入射至观测对象。

步骤4、通过时间色散装置对所述探测光束的脉冲宽度进行展宽，并使所述探测光束中具有不同频率的成分产生不同延时得到第二光束；所述第二光束与所述第一光束同步入射至所述观测对象。

其中，探测光束经过时间色散装置，根据观测对象产生超快现象的时间尺度不同，可以是色散玻璃棒组合或者光栅对，基于光的色散原理，飞秒脉冲的不同光谱成分在色散介质下以不同的速度传播，从而使得脉冲时域波形发生变化，从而不同频率的成分产生不同延时。由于不涉及严格的色散补偿，这里选取H-ZF88、SF10玻璃棒组合，方便调整展宽比，可观测不同时间尺度的超快现象。

步骤5、通过显微成像装置对第三光束进行显微成像；所述第三光束为所述第一光束、所述第二光束经过所述观测对象后得到的携带有观测对象信息的脉冲序列。

例如，采用奥林巴斯×20显微物镜(数值孔径NA值为0.45)，经过第二透镜(焦距f＝200mm)和第三透镜(f＝250mm)组成的4f光学***，对光束光斑尺寸放大1.25倍，在显微物镜后面一定距离d1＝100mm处放置孔径光阑，使得其光束大小与后续的二维光谱剪切反射镜阵列宽度匹配。第二透镜焦点处放置视场光阑，可以实现物方不同视场的显微成像。

步骤6、通过空间分幅装置对所述第三光束进行空间色散得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，通过空间分幅装置基于所述二维阵列分布的多束子光束分别聚焦至所述成像接收装置的上，形成二维阵列分布的成像光斑。

例如，所述色散光栅采用反射式闪耀光栅，其刻线密度为1200线对/mm。第一透镜的焦距f＝100mm，二维光谱剪切反射镜阵列是在x方向、y方向角度倾斜的25个相邻反射镜面，将其分成5组，每组光谱剪切反射镜宽度分别为：0.8mm、0.84mm、0.96mm、1.12mm、1.32mm。为保证每片反射镜面反射等波长间隔的光束，二维光谱剪切反射镜阵列的每片镜面的宽度稍微有差别，原因在于根据光栅方程理论，反射式闪耀光栅的色散大小与波长是非线性相关的。分束成像微透镜阵列对应为5×5分束成像微透镜阵列。

步骤7、通过所述成像接收装置接收所述二维阵列分布的成像光斑，得到多帧图像。即实现全光超快多幅成像。

实施例4提供的全光超快成像方法的光路调节简单，能消除每帧之间的光程差，避免多帧成像时产生离焦现象，进而保证每帧图像成像清晰。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种空间分幅装置，其特征在于，包括：剪切反射镜阵列色散装置、第一反射镜、分束成像微透镜阵列；

所述剪切反射阵列色散装置用于将入射的具有不同波长的光束进行空间色散，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束；

所述第一反射镜用于将所述二维阵列分布的多束子光束反射至所述分束成像微透镜阵列；

所述分束成像微透镜阵列用于对所述二维阵列分布的多束子光束分别进行聚焦；

所述剪切反射阵列色散装置包括：色散光栅、第一透镜、二维光谱剪切反射镜阵列；

所述色散光栅、所述第一透镜、所述二维光谱剪切反射镜阵列组成4f***；所述二维光谱剪切反射镜阵列由在x方向、y方向角度倾斜的多个相邻反射镜面组成；

所述色散光栅用于将入射的具有不同波长的光束在x方向上进行色散；

所述第一透镜用于将在x方向色散后的光束聚焦至所述二维光谱剪切反射镜阵列；

所述二维光谱剪切反射镜阵列用于将聚焦后的光束在x方向、y方向分别反射不同的角度，得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束。

2.一种全光超快成像***，其特征在于，包括：超短脉冲激光器、分束镜、泵浦延时光路装置、时间色散装置、聚焦透镜、显微成像装置、如权利要求1所述的空间分幅装置、成像接收装置；

所述超短脉冲激光器用于产生超短脉冲激光；

所述分束镜用于对所述超短脉冲激光进行分束，得到泵浦光束和探测光束；

所述泵浦延时光路装置用于对所述泵浦光束进行延时处理得到第一光束；所述第一光束入射至观测对象；

所述时间色散装置用于对所述探测光束的脉冲宽度进行展宽，并使所述探测光束中具有不同频率的成分产生不同延时得到第二光束；所述第二光束与所述第一光束同步入射至所述观测对象；

所述聚焦透镜用于将所述第二光束聚焦至所述观测对象；

所述显微成像装置用于对第三光束进行显微成像；所述第三光束为所述第一光束、所述第二光束经过所述观测对象后得到的携带有观测对象信息的脉冲序列；

所述空间分幅装置用于对所述第三光束进行空间色散得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，基于所述二维阵列分布的多束子光束分别聚焦至所述成像接收装置上，形成二维阵列分布的成像光斑；

所述成像接收装置用于接收所述二维阵列分布的成像光斑，得到多帧图像。

3.根据权利要求2所述的全光超快成像***，其特征在于，所述泵浦延时光路装置包括依光路依次设置的第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜；

所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第五反射镜用于改变所述泵浦光束的方向，使所述泵浦光束激发所述观测对象产生超快现象；

所述第三反射镜和所述第四反射镜安装在二维精密平移台上，通过调节所述二维精密平移台使所述第一光束与所述第二光束同步入射至所述观测对象。

4.根据权利要求2所述的全光超快成像***，其特征在于，所述时间色散装置采用色散玻璃棒、光栅对、棱镜对中的一种构成的组合。

5.根据权利要求2所述的全光超快成像***，其特征在于，所述显微成像装置包括依光路依次设置的显微物镜、第二透镜、第三透镜；所述观测对象设置在所述显微成像装置的焦距处；

所述显微物镜用于对所述第三光束进行显微成像；

所述第二透镜和所述第三透镜组成扩缩单元，用于对所述第三光束的光斑大小进行缩放。

6.根据权利要求5所述的全光超快成像***，其特征在于，所述显微成像装置还包括：孔径光阑；所述孔径光阑设置在所述显微物镜和所述第二透镜之间；

所述孔径光阑用于调节所述第三光束的光斑的大小，使其与所述剪切反射阵列色散装置中的二维光谱剪切反射镜阵列的每片镜面的宽度匹配。

7.根据权利要求5所述的全光超快成像***，其特征在于，所述显微成像装置还包括：视场光阑；所述视场光阑设置在所述第二透镜的焦点处；

所述视场光阑用于调节视场，实现物方不同视场的显微成像。

8.根据权利要求2所述的全光超快成像***，其特征在于，所述成像接收装置设置在所述分束成像微透镜阵列的像平面处；所述成像接收装置采用CCD高速相机。

9.一种全光超快成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过超短脉冲激光器产生超短脉冲激光；

步骤2、通过分束镜对所述超短脉冲激光进行分束，得到泵浦光束和探测光束；

步骤3、通过泵浦延时光路装置对所述泵浦光束进行延时处理得到第一光束，所述第一光束入射至观测对象；

步骤4、通过时间色散装置对所述探测光束的脉冲宽度进行展宽，并使所述探测光束中具有不同频率的成分产生不同延时得到第二光束；所述第二光束与所述第一光束同步入射至所述观测对象；

步骤5、通过显微成像装置对第三光束进行显微成像；所述第三光束为所述第一光束、所述第二光束经过所述观测对象后得到的携带有观测对象信息的脉冲序列；

步骤6、通过如权利要求1所述的空间分幅装置对所述第三光束进行空间色散得到在空间上分离的二维阵列分布的多束子光束，通过如权利要求1所述的空间分幅装置基于所述二维阵列分布的多束子光束分别聚焦至所述成像接收装置的上，形成二维阵列分布的成像光斑；

步骤7、通过所述成像接收装置接收所述二维阵列分布的成像光斑，得到多帧图像。

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