CN116593399A - 基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工技术领域，提供一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***及测试方法，所述***包括：飞秒光源模块、光程延迟模块、样品位置观察模块、第一激光倍频模块、第二激光倍频模块、材料测试模块、采集模块和数据处理模块；所述飞秒光源模块，用于输出飞秒脉冲激光并经过分束，形成泵浦光和探测光，并将所述泵浦光发射到第二激光倍频模块，将探测光发送到光程延迟模块；所述材料测试模块，用于移动样品并使泵浦光和探测光同时打在样品上，并将散射的泵浦光过滤掉，从而进行测试；所述采集模块用于采集测试数据；所述数据处理模块用于对各模块进行控制并对采集的测试数据进行显示。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***及测试方法。
背景技术
随着社会的发展，高科技设备都向着微型化、小型化的趋势发展。飞秒激光加工技术因此孕育而生，由于其具有持续时间短、功率高、加工精度高、非接触、无污染、无刀具磨损等优点，在微纳加工有着非常重要得应用。飞秒激光加工过程是一个涉及飞秒-皮秒-纳秒-微妙-毫秒-秒等多个时间尺度的物理过程，由于飞秒激光极强的瞬时能量，很多在常规加工方法中本可以忽略的因素也会对飞秒激光加工过程产生影响，如飞秒激光在空气传播时会因为与空气的非线性作用而发生光场分布重整（比如产生光丝），多种影响因素的耦合极大地增加了飞秒激光加工结果的不确定性。飞秒激光的极端物理条件还会在材料加工时产生极端的热力学现象，比如飞秒激光与物质作用过程中电子-晶格的非平衡态（即所谓的双温现象）。再比如飞秒激光光场的超强特性会使得原本透明的材料发生电离，瞬间产生大量自由电子，使其表现出瞬时的金属态。可见飞秒激光与材料之间的作用机理非常复杂，影响因素众多，到目前为止仍然有很多机理属于未知需要探索。因此为了能够更好的控制飞秒激光加工需要更加深入得了解飞秒激光加工的过程。
现有技术的阴影成像***是无法对于超快飞秒激光加工过程进行观测，存在无法观测到很短时间内的监控的问题。现有飞秒激光加工过程中无法观测的两个缺点：（1）加工过程中更短时刻下得材料状态；（2）激光加工过程中等离子体喷发的过程。
发明内容
本发明主要解决现有技术的阴影成像***无法观察到更短时间尺度上的技术问题，提出一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***及测试方法，以达到通过观察ps时间尺度飞秒激光加工过程，从而提高飞秒激光加工的精确性和可靠性的目的。
本发明提供了一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，包括：飞秒光源模块、光程延迟模块、样品位置观察模块、第一激光倍频模块、第二激光倍频模块、材料测试模块、采集模块和数据处理模块；
所述飞秒光源模块，用于输出飞秒脉冲激光并经过分束，形成泵浦光和探测光，并将所述泵浦光发射到第二激光倍频模块，将探测光发送到光程延迟模块；
所述光程延迟模块，用于对探测光进行光程调节，之后将探测光发送到第一激光倍频模块；
所述样品位置观察模块，用于采集样品的位置成像；
所述第一激光倍频模块，用于将探测光从频率为f倍频为f/2，再将探测光准直输出频率为f/2的探测光；
所述第二激光倍频模块，用于将泵浦光从频率为f倍频为f/2，再将泵浦光准直输出频率为f/2的泵浦光；
所述材料测试模块，用于移动样品并使泵浦光和探测光同时打在样品上，并将散射的泵浦光过滤掉，从而进行测试；
所述采集模块包括：sCMOS相机；所述sCMOS相机用于采集测试数据；
所述数据处理模块包括工控机和计数器，用于对各模块进行控制并对采集的测试数据进行显示。
优选的，所述飞秒光源模块，包括：飞秒激光器、电动开关、分束镜、第一反射镜；
所述飞秒激光器输出飞秒脉冲激光，经过分束镜，一部分光作为泵浦光，另一部分光作为探测光通过第一反射镜反射到光程延迟模块；
所述飞秒激光器和分束镜之间设置电动开关。
优选的，所述光程延迟模块，包括：位移平台和安装在位移平台上的多个第二反射镜；
所述光程延迟模块对探测光在时间上延迟0—8ns；所述位移平台的移动范围为0-300mm。
优选的，所述样品位置观察模块，包括：LED光源、第三反射镜、第一半透半反镜、第二平凸透镜和面阵ccd相机；
所述LED光源发射白光，并将白光通过第三反射镜、第一半透半反镜，照射到材料测试模块的样品位置；
所述第一半透半反镜，接收样品位置的反射光，并将该反射光通过第二平凸透镜，由面阵ccd相机成像。
优选的，所述第一激光倍频模块，包括：依次设置的第一平凸透镜、第一二倍频晶体、第二平凸透镜、第一滤光片、第一衰减片；
所述第一平凸透镜，用于将探测光聚焦；
所述第一二倍频晶体，用于将探测光从频率为f倍频为f/2；
所述第二平凸透镜，用于将倍频后的探测光进行准直；
所述第一滤光片，用于将频率为f的探测光过滤干净；
所述第一衰减片可旋转，用于调节探测光的功率。
优选的，所述第二激光倍频模块，包括：依次设置的第四反射镜、第四平凸透镜、第二二倍频晶体、第三平凸透镜、第二滤光片、第二衰减片、第二半透半反镜；
所述第四反射镜，用于接收并反射泵浦光；
所述第四平凸透镜，用于将泵浦光聚焦；
所述第二二倍频晶体，用于将泵浦光从频率为f倍频为f/2；
所述第三平凸透镜，用于将倍频后的泵浦光进行准直；
所述第二滤光片，用于将频率为f的泵浦光过滤干净；
所述第二衰减片可旋转，用于调节泵浦光的功率；
所述第二半透半反镜将泵浦光发射到材料测试模块中。
优选的，所述材料测试模块，包括：反射单元、材料夹持平台、泵浦光聚焦物镜、样品电动三维位移台、第三滤光片；
所述样品电动三维位移台上通过材料夹持平台安装样品；
所述反射单元，用于将探测光反射到样品上；
所述泵浦光聚焦物镜，用于将泵浦光照射到样品上；
所述第三滤光片，用于过滤散射的泵浦光。
优选的，所述反射单元，包括：第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第三半透半反镜、第八反射镜；
所述第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第三半透半反镜在同一条光路上依次设置；
所述第八反射镜朝向第三半透半反镜；
所述材料测试模块，还包括：连续激光器；所述连续激光器发出的激光照射到第三半透半反镜。
优选的，所述sCMOS相机安装在相机三维位移台上；
所述sCMOS相机上安装连续变焦镜头。
对应的，本发明还提供一种根据本发明任意实施例提供的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***的测试方法，包括以下过程：
步骤1，将样品安装在样品电动三维位移台上；
步骤2，启动基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，飞秒激光器输出同步电信号与计数器进行连接，计数器产生启动电信号与飞秒激光器和sCMOS相机连接；
步骤3，进行泵浦探测或者等离子体测试；
当进行泵浦探测时，飞秒激光器输出一个飞秒脉冲激光，飞秒脉冲激光由于经过分束镜分成了两束光，一束作为泵浦光、另一束作为探测光；探测光路经过光程延迟模块，因此探测光会根据设置而与泵浦光存在时间差到达样品表面；sCMOS相机接收到启动电信号产生相机曝光信号，sCMOS相机进行曝光采集；
当进行等离子体测试时，飞秒激光器输出一个飞秒脉冲激光，输出至样品处，sCMOS相机接收到启动电信号产生相机曝光信号，sCMOS相机进行曝光采集；
步骤4，得到不同延迟时间下的数据图像，并通过工控机显示。
本发明提供的一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***及测试方法，与现有技术相比具有以下优点：
1.泵浦探测模式下能够在ps尺度上观察激光加工过程中，激光作用于材料上材料的变化，然后通过逐帧分析材料的变化从而调整激光的参数来进行更精准、更高效的加工。
2.本发明还可以搭配不同波长的激光进行测试，在极短的时间尺度下（ps量级）分析不同波长的激光对于材料加工的影响，从而调节激光加工的光源问题。
3.等离子体喷射模式下可以深度的了解待测试材料的等离子体喷射过程及其浓度等相关信息，有利于分析激光加工时等离子体对于加工的影响，如分析等离子体屏蔽对于加工过程的影响。
4.等离子体喷射检测模式，可以逐帧分析等离子体喷射的过程，然后调节激光角度，避免因为等离子体吸收光能量，造成激光加工的不稳定。
附图说明
图1是本发明提供的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***的***组成示意图；
图2是本发明采用的相机三维位移台的结构示意图；
图3是本发明提供的sCMOS相机和连续变焦镜头的配合示意图；
图4是本发明提供的仪器信号连接示意图；
图5是本发明进行泵浦探测的时序图；
图6是本发明进行等离子体测试的时序图；
图7是本发明提供的泵浦探测时的仪器信号示意图；
图8是本发明进行泵浦探测的泵浦探测数据；
图9是本发明提供的等离子体测试时的仪器信号示意图；
图10是本发明进行等离子体测试的等离子体测试数据。
附图标记：a、飞秒光源模块；b、光程延迟模块；c、样品位置观察模块；d1、第一激光倍频模块；d2、第二激光倍频模块；e、材料测试模块；f、采集模块；g、数据处理模块；1、飞秒激光器；2、电动开关；3、分束镜；4、第一反射镜；5、第二反射镜；6、位移平台；7、第一平凸透镜；8、第一二倍频晶体；9、第二平凸透镜；10、第一滤光片；11、第一衰减片；12、LED光源；13、第三反射镜；14、第一半透半反镜；15、第二平凸透镜；16、面阵ccd相机；17、第二半透半反镜；18、第二衰减片；19、第二滤光片；20、第三平凸透镜；21、第二二倍频晶体；22、第四平凸透镜；23、第四反射镜；24、第五反射镜；25、第六反射镜；26、第七反射镜；27、第三半透半反镜；28、连续激光器；29、材料夹持平台；30、第八反射镜；31、泵浦光聚焦物镜；32、样品电动三维位移台；33、第三滤光片；34、连续变焦镜头；35、sCMOS相机；36、加固转接件。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
如图1所示，本发明实施例提供的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，包括：飞秒光源模块a、光程延迟模块b、样品位置观察模块c、第一激光倍频模块d1、第二激光倍频模块d2、材料测试模块e、采集模块f和数据处理模块g。
所述飞秒光源模块a，用于输出飞秒脉冲激光并经过分束，形成泵浦光和探测光，并将所述泵浦光发射到第二激光倍频模块d2，将探测光发送到光程延迟模块b。
具体的，所述飞秒光源模块a，包括：飞秒激光器1、电动开关2、分束镜3、第一反射镜4；所述飞秒激光器1输出飞秒脉冲激光，经过分束镜3，一部分光作为泵浦光，另一部分光作为探测光通过第一反射镜4反射到光程延迟模块b；所述飞秒激光器1和分束镜3之间设置电动开关2。
在飞秒光源模块a中，飞秒激光器1输出飞秒脉冲激光，经过分束镜3一部分光作为泵浦光，另一部分光作为探测光输入至光程延迟模块b。飞秒光源模块a提供***测试所需要的光源（800nm脉冲光，由飞秒激光器1输出）并将激光分成两束，分别进入***内部。
本发明飞秒激光选用的是相干的800nm飞秒激光器1，飞秒激光器1带有门触发功能，可以通过外界电信号从而使飞秒激光器1发射出单个脉冲，从而进行后续精确的测量。
所述光程延迟模块b，用于对探测光进行光程调节，之后将探测光发送到第一激光倍频模块d1。
所述光程延迟模块b，包括：位移平台6和安装在位移平台6上的多个第二反射镜5；所述光程延迟模块b对探测光在时间上延迟0—8ns（10-9s）；所述位移平台6的移动范围为0-300mm。
飞秒光源模块a输出的探测光进入位移平台6后，在位移平台6内通过第二反射镜5多次反射，再输入到第一激光倍频模块d1中。光程延迟模块b作用是对***中探测光进行光程调节，位移平台6内设置多个第二反射镜5，脉冲光可以在平台内反复多次，位移平台6最大可以实现对探测光在时间上延迟0—8ns（根据光速C= 3×108 m/s）。
所述样品位置观察模块c，用于采集样品的位置成像。所述样品位置观察模块c，包括：LED光源12、第三反射镜13、第一半透半反镜14、第二平凸透镜15和面阵ccd相机16。所述LED光源12发射白光，并将白光通过第三反射镜13、第一半透半反镜14，照射到材料测试模块e的样品位置；所述第一半透半反镜14，接收样品位置的反射光，并将该反射光通过第二平凸透镜15，由面阵ccd相机16成像。
通过LED光源12照明再利用面阵ccd相机16成像，能够方便操作人员看到样品位置，便于调节样品电动三维位移台32位置，使样品处于泵浦光聚焦物镜31的焦平面处，便于测试此时刚好也是激光的焦点位置。
所述第一激光倍频模块d1，用于将探测光从频率为f倍频为f/2，再将探测光准直输出频率为f/2的探测光。所述第一激光倍频模块d1，包括：依次设置的第一平凸透镜7、第一二倍频晶体8、第二平凸透镜9、第一滤光片10、第一衰减片11。所述第一平凸透镜7，用于将探测光聚焦；所述第一二倍频晶体8，用于将探测光从频率为f倍频为f/2；所述第二平凸透镜9，用于将倍频后的探测光进行准直；所述第一滤光片10，用于将频率为f的探测光过滤干净；所述第一衰减片11可旋转，用于调节探测光的功率。旋转第一衰减片11，不同位置可以调激光功率。
第一激光倍频模块d1中，探测光通过第一平凸透镜7聚焦后打在第一二倍频晶体8上将800nm激光倍频为400nm激光，在经过第二平凸透镜9将光束准直输出，经过第一滤光片10将多余800nm得激光过滤干净，最后输出纯净的400nm激光，通过调节第一衰减片11可以调节激光的功率大小。第一二倍频晶体8以及第一滤光片10均可以切换，从而来调节其输出得是400nm的光还是800nm的光以满足不同材料的测试。
所述第二激光倍频模块d2，用于将泵浦光从频率为f倍频为f/2，再将泵浦光准直输出频率为f/2的泵浦光。所述第二激光倍频模块d2，包括：依次设置的第四反射镜23、第四平凸透镜22、第二二倍频晶体21、第三平凸透镜20、第二滤光片19、第二衰减片18、第二半透半反镜17。所述第四反射镜23，用于接收并反射泵浦光；所述第四平凸透镜22，用于将泵浦光聚焦；所述第二二倍频晶体21，用于将泵浦光从频率为f倍频为f/2；所述第三平凸透镜20，用于将倍频后的泵浦光进行准直；所述第二滤光片19，用于将频率为f的泵浦光过滤干净；所述第二衰减片18可旋转，用于调节泵浦光的功率；所述第二半透半反镜17将泵浦光发射到材料测试模块e中。
第二激光倍频模块d2中，泵浦光通过第四反射镜23反射到第四平凸透镜22，第四平凸透镜22聚焦后打在第二二倍频晶体21上将800nm激光倍频为400nm激光，在经过第三平凸透镜20将光束准直输出，经过第二滤光片19将多余800nm得激光过滤干净，最后输出纯净的400nm激光，通过调节第二衰减片18可以调节激光的功率大小。第二二倍频晶体21以及第二滤光片19均可以切换，从而来调节其输出得是400nm的光还是800nm的光以满足不同材料的测试。泵浦光通过第二半透半反镜17发射到材料测试模块e的泵浦光聚焦物镜31中。另外，所述第二半透半反镜17能够透过样品位置观察模块c的白光和材料测试模块e的反射光。
所述材料测试模块e，用于移动样品并使泵浦光和探测光同时打在样品上，并将散射的泵浦光过滤掉，从而进行测试。
所述材料测试模块e，包括：反射单元、材料夹持平台29、泵浦光聚焦物镜31、样品电动三维位移台32、第三滤光片33。所述样品电动三维位移台32上通过材料夹持平台29安装样品；所述反射单元，用于将探测光反射到样品上；所述泵浦光聚焦物镜31，用于将泵浦光照射到样品上；所述第三滤光片33，用于过滤散射的泵浦光。
在材料测试模块e中，通过样品电动三维位移台32移动样品，泵浦光和探测光同时打在样品上，第三滤光片33将散射的泵浦光过滤掉，从而进行测试。本领域技术人员可以知道，样品电动三维位移台32也可以替换为手动的位移台。
具体的，所述反射单元，包括：第五反射镜24、第六反射镜25、第七反射镜26、第三半透半反镜27、第八反射镜30；所述第五反射镜24、第六反射镜25、第七反射镜26、第三半透半反镜27在同一条光路上依次设置；所述第八反射镜30朝向第三半透半反镜27。所述材料测试模块e，还包括：连续激光器28；所述连续激光器28发出的激光照射到第三半透半反镜27。其中，连续激光器28可采用532nm连续激光器为测试更长时间激光加工过程测量配件，属于本***优选功能。
所述采集模块f包括：sCMOS相机（scentific Complementary Metal OxideSemiconductor）35；所述sCMOS相机35用于采集测试数据。
所述sCMOS相机35安装在相机三维位移台上；如图2所示，调节相机三维位移台的旋钮，能够调节sCMOS相机35的位置。所述sCMOS相机35上通过加固转接件36安装连续变焦镜头34，保证sCMOS相机35与连续变焦镜头34保持稳定的固定装置，防止连续变焦镜头34比较长受重力因素影响导致不稳定。sCMOS相机35可以采用安道尔的SCMOS18-E3相机，此相机支持外触发门控模式，最小门宽为2ns、门控时间移动最短为10ps，主要依靠本功能进行等离子体溅射的测试。
所述数据处理模块g包括工控机和计数器，用于对各模块进行控制并对采集的测试数据进行显示。工控机主要负责驱动控制计数器、电动开关2、电动三维位移台、sCMOS相机等设备逻辑工作和数据采集。计数器是***的核心部件之一，计数器可采用NI-PCIe6612计数器。主要作用是可执行编码器定位测量、事件计数、周期测量、脉冲宽度测量、脉冲生成、脉冲序列生成以及频率测量等。
一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像测试方法，包括以下过程：
步骤1，将样品安装在样品电动三维位移台32上。
并进行***调试，调试连续变焦镜头34焦距。通过bnc线连接飞秒激光器1、计数器、sCMOS相机35，如图4所示。
步骤2，启动基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，飞秒激光器1输出同步电信号与计数器进行连接，计数器产生启动电信号与飞秒激光器1和sCMOS相机35连接。
其中计数器和sCMOS相机35能分别进行设置。
如图5所示，进行泵浦探测时，设置启动电信号到达sCMOS相机35的时间差Δt1、探测光延迟时间Δt2。
如图6所示，进行等离子体测试时，设置同步电信号与启动电信号的时间差t1、sCMOS相机35识别启动电信号与sCMOS相机35开始曝光的时间差Offset和飞秒激光器1与sCMOS相机35识别的启动电信号时间差Delay。
步骤3，进行泵浦探测或者等离子体测试。
当进行泵浦探测时，飞秒激光器1输出一个飞秒脉冲激光，飞秒脉冲激光由于经过分束镜3分成了两束光，一束作为泵浦光、另一束作为探测光（相当于sCMOS相机35采集时的照明光源）；探测光路经过光程延迟模块b，因此探测光会根据设置而与泵浦光存在时间差到达样品表面（也可以同时获提前到达）；sCMOS相机35接收到启动电信号产生相机曝光信号，sCMOS相机35进行曝光采集。如图7所示。
每次泵浦探测通过精准控制探测光的到达时间，从而观测不同时刻下飞秒激光作用与样品不同时刻下样品的状态，而且光程延迟模块b可以将两束光的时间差Δt2最长为8ns，精准可达到1ps，这也是机械快门远远无法达到的速度，因此本***可以在时间精度上更加超越传统相机单独采集（传统相机拍摄只能达到ms级）的方式来观察飞秒激光加工的过程，使用本***可以更深度的了解飞秒激光加工，如图8所示为不同时间下飞秒激光打在样品材料上的状态变化。
当进行等离子体测试时，飞秒激光器1输出一个飞秒脉冲激光，输出至样品处，sCMOS相机35接收到启动电信号产生相机曝光信号，sCMOS相机35进行曝光采集。如图9所示。
光路部分飞秒激光器1输出一个飞秒脉冲激光，由于此飞秒脉冲激光宽很窄只有35fs并且经过泵浦光聚焦物镜聚焦，因此聚焦处的能量极高，打在样品材料表面会产生等离子，等离子体测试不在需要探测光，等离子体会自发光我们只需要加滤光片滤出泵浦光即可。如图10所示为飞秒加工过程中等离子溅射过程测试结果。
步骤4，得到不同延迟时间下的数据图像，并通过工控机显示。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，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范围。
Claims (10)
1.一种基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，包括：飞秒光源模块（a）、光程延迟模块（b）、样品位置观察模块（c）、第一激光倍频模块（d1）、第二激光倍频模块（d2）、材料测试模块（e）、采集模块（f）和数据处理模块（g）；
所述飞秒光源模块（a），用于输出飞秒脉冲激光并经过分束，形成泵浦光和探测光，并将所述泵浦光发射到第二激光倍频模块（d2），将探测光发送到光程延迟模块（b）；
所述光程延迟模块（b），用于对探测光进行光程调节，之后将探测光发送到第一激光倍频模块（d1）；
所述样品位置观察模块（c），用于采集样品的位置成像；
所述第一激光倍频模块（d1），用于将探测光从频率为f倍频为f/2，再将探测光准直输出频率为f/2的探测光；
所述第二激光倍频模块（d2），用于将泵浦光从频率为f倍频为f/2，再将泵浦光准直输出频率为f/2的泵浦光；
所述材料测试模块（e），用于移动样品并使泵浦光和探测光同时打在样品上，并将散射的泵浦光过滤掉，从而进行测试；
所述采集模块（f）包括：sCMOS相机（35）；所述sCMOS相机（35）用于采集测试数据；
所述数据处理模块（g）包括工控机和计数器，用于对各模块进行控制并对采集的测试数据进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述飞秒光源模块（a），包括：飞秒激光器（1）、电动开关（2）、分束镜（3）、第一反射镜（4）；
所述飞秒激光器（1）输出飞秒脉冲激光，经过分束镜（3），一部分光作为泵浦光，另一部分光作为探测光通过第一反射镜（4）反射到光程延迟模块（b）；
所述飞秒激光器（1）和分束镜（3）之间设置电动开关（2）。
3.根据权利要求1所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述光程延迟模块（b），包括：位移平台（6）和安装在位移平台（6）上的多个第二反射镜（5）；
所述光程延迟模块（b）对探测光在时间上延迟0—8ns；所述位移平台（6）的移动范围为0-300mm。
4.根据权利要求1所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述样品位置观察模块（c），包括：LED光源（12）、第三反射镜（13）、第一半透半反镜（14）、第二平凸透镜（15）和面阵ccd相机（16）；
所述LED光源（12）发射白光，并将白光通过第三反射镜（13）、第一半透半反镜（14），照射到材料测试模块（e）的样品位置；
所述第一半透半反镜（14），接收样品位置的反射光，并将该反射光通过第二平凸透镜（15），由面阵ccd相机（16）成像。
5.根据权利要求1所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述第一激光倍频模块（d1），包括：依次设置的第一平凸透镜（7）、第一二倍频晶体（8）、第二平凸透镜（9）、第一滤光片（10）、第一衰减片（11）；
所述第一平凸透镜（7），用于将探测光聚焦；
所述第一二倍频晶体（8），用于将探测光从频率为f倍频为f/2；
所述第二平凸透镜（9），用于将倍频后的探测光进行准直；
所述第一滤光片（10），用于将频率为f的探测光过滤干净；
所述第一衰减片（11）可旋转，用于调节探测光的功率。
6.根据权利要求5所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述第二激光倍频模块（d2），包括：依次设置的第四反射镜（23）、第四平凸透镜（22）、第二二倍频晶体（21）、第三平凸透镜（20）、第二滤光片（19）、第二衰减片（18）、第二半透半反镜（17）；
所述第四反射镜（23），用于接收并反射泵浦光；
所述第四平凸透镜（22），用于将泵浦光聚焦；
所述第二二倍频晶体（21），用于将泵浦光从频率为f倍频为f/2；
所述第三平凸透镜（20），用于将倍频后的泵浦光进行准直；
所述第二滤光片（19），用于将频率为f的泵浦光过滤干净；
所述第二衰减片（18）可旋转，用于调节泵浦光的功率；
所述第二半透半反镜（17）将泵浦光发射到材料测试模块（e）中。
7.根据权利要求1所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述材料测试模块（e），包括：反射单元、材料夹持平台（29）、泵浦光聚焦物镜（31）、样品电动三维位移台（32）、第三滤光片（33）；
所述样品电动三维位移台（32）上通过材料夹持平台（29）安装样品；
所述反射单元，用于将探测光反射到样品上；
所述泵浦光聚焦物镜（31），用于将泵浦光照射到样品上；
所述第三滤光片（33），用于过滤散射的泵浦光。
8.根据权利要求7所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述反射单元，包括：第五反射镜（24）、第六反射镜（25）、第七反射镜（26）、第三半透半反镜（27）、第八反射镜（30）；
所述第五反射镜（24）、第六反射镜（25）、第七反射镜（26）、第三半透半反镜（27）在同一条光路上依次设置；
所述第八反射镜（30）朝向第三半透半反镜（27）；
所述材料测试模块（e），还包括：连续激光器（28）；所述连续激光器（28）发出的激光照射到第三半透半反镜（27）。
9.根据权利要求1所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，其特征在于，所述sCMOS相机（35）安装在相机三维位移台上；
所述sCMOS相机（35）上安装连续变焦镜头（34）。
10.一种根据权利要求1至9任一项所述的基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***的测试方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤1，将样品安装在样品电动三维位移台（32）上；
步骤2，启动基于sCMOS的超快时间分辨阴影成像***，飞秒激光器（1）输出同步电信号与计数器进行连接，计数器产生启动电信号与飞秒激光器（1）和sCMOS相机（35）连接；
步骤3，进行泵浦探测或者等离子体测试；
当进行泵浦探测时，飞秒激光器（1）输出一个飞秒脉冲激光，飞秒脉冲激光由于经过分束镜（3）分成了两束光，一束作为泵浦光、另一束作为探测光；探测光路经过光程延迟模块（b），因此探测光会根据设置而与泵浦光存在时间差到达样品表面；sCMOS相机（35）接收到启动电信号产生相机曝光信号，sCMOS相机（35）进行曝光采集；
当进行等离子体测试时，飞秒激光器（1）输出一个飞秒脉冲激光，输出至样品处，sCMOS相机（35）接收到启动电信号产生相机曝光信号，sCMOS相机（35）进行曝光采集；
步骤4，得到不同延迟时间下的数据图像，并通过工控机显示。
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