本發(fā)明屬于高速成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種萬億幅頻全光分幅三維全息成像裝置及方法。

背景技術(shù)：

高速成像技術(shù)是研究高速運動過程的一種重要測試方法，針對不同時間變化過程的瞬態(tài)事件的測量，需要不同幅頻和時間分辨力的成像技術(shù)。當(dāng)前的主流高速成像技術(shù)可以分為三大類，一是基于機械分光的轉(zhuǎn)鏡高速相機技術(shù)，第二類是基于光電技術(shù)的高速成像技術(shù)，包括光電分幅相機、變像管分幅/掃描相機等，第三類是基于頻閃光源的全光成像技術(shù)，包括泵浦—探測成像技術(shù)、序列時間編碼全光分幅成像技術(shù)等。

機械轉(zhuǎn)鏡相機速度受轉(zhuǎn)動機制限制，基于光電技術(shù)的高速成像技術(shù)受電子學(xué)系統(tǒng)帶寬限制，對于皮秒至飛秒原子時間尺度的物理(激光等離子體尾場加速器、快點火脈沖、沖擊波前沿、光速運動目標(biāo))、化學(xué)(電子與原子核相互作用、炸藥反應(yīng)動力學(xué))、生物學(xué)、材料學(xué)(飛秒激光加工)等過程，無法滿足皮秒時間分辨成像診斷要求。要達(dá)到飛秒、皮秒時間分辨的超高速成像，通常都是采用泵浦-探測的成像技術(shù)，其曝光時間由飛秒脈沖寬度決定，幅間隔由各光路延遲決定。其優(yōu)點是時間分辨高，有效像素點多。但泵浦-探測技術(shù)最大局限性是所測對象必須是高度可重復(fù)的，一致的。對于難以重復(fù)的概率性或復(fù)雜性事件，諸如爆炸、激光聚變研究、量子力學(xué)過程、沖擊波與生物細(xì)胞相互作用、酶反應(yīng)和半導(dǎo)體熱力學(xué)過程等事件，泵浦探測方法是無法實現(xiàn)。因此，發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)瞬態(tài)超快過程單次診斷的高速分幅成像技術(shù)，對于推動上述基礎(chǔ)科研的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義。

目前能夠?qū)崿F(xiàn)瞬態(tài)超快過程單次診斷的高速分幅成像技術(shù)可以分為兩類：一類是不需要特殊光源主動照明的超快成像技術(shù)，一類是需要飛秒脈沖、啁啾脈沖等主動照明的超高速成像技術(shù)。不需要特殊光源主動照明的超快成像技術(shù)包括基于掃描相機的單次超快成像技術(shù)和基于信息壓縮理論的超快成像技術(shù)，其核心是將二維圖像分解或者圖像經(jīng)過信息編碼壓縮后再利用變像管掃描相機記錄隨時間演化的二維圖像，再從記錄的二維圖像重構(gòu)出分幅圖像。基于掃描相機的單次超快成像技術(shù)可實現(xiàn)2ps的曝光時間和幅間隔，但其有效像素數(shù)極低，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍?；谛畔嚎s理論的超快成像技術(shù)，其分幅成像受到壓縮傳感再重建的方法限制，時間分辨本領(lǐng)最高約為31ps，要做到ps量級目前還比較困難。受到信息壓縮的限制，其空間分辨也很低，離實際應(yīng)用還有一定距離。需要飛秒脈沖、啁啾脈沖等主動照明的超高速成像技術(shù)包括單次計算機層析攝影技術(shù)和序列時間編碼全光分幅成像技術(shù)，單次計算機層析攝影技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)皮秒時間分辨，但只能得到某一個截面隨時間演化的過程，且光路結(jié)構(gòu)的特殊性對診斷對象的視場有一定的要求。序列時間編碼全光分幅相機號稱世界最高速的照相機，其幅間隔達(dá)每秒4.4萬億幀，像素分辨率為450像素×450像素。該技術(shù)目前僅實現(xiàn)了6分幅成像，如果需要實現(xiàn)更多幅的分幅成像，成像光路則相對復(fù)雜且調(diào)整困難。同時這項技術(shù)要實現(xiàn)時域干涉模式，受限于超短脈沖的相干長度，要實現(xiàn)較密的初始干涉條紋，對光路的調(diào)整也提出了更高的要求。

如果在飛秒、皮秒時間分辨的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)半透明介質(zhì)或者粒子場的三維空間分辨診斷，對于理解飛秒激光與物質(zhì)相互作用、激光尾場加速、飛秒沖擊波動力學(xué)等超快過程將更加具有現(xiàn)實意義。全息技術(shù)以光源的相干性為基礎(chǔ)，通過各種手段使目標(biāo)的空間信息以干涉的形式被記錄，之后再采用配套的再現(xiàn)技術(shù)對目標(biāo)的空間信息進行提取。再現(xiàn)過程不僅能夠得到目標(biāo)的空間強度信息，還能夠得到目標(biāo)的空間位相信息。正是因為位相信息可以被高質(zhì)量的提取出來，才使得全息技術(shù)具有高空間分辨、三維分辨、位相分辨等特點。因此，全息技術(shù)在生物細(xì)胞位相信息提取、流場分布三維診斷等較慢的過程，以及發(fā)動機噴霧顆粒分析、脈沖等離子體密度分布以及強沖擊波加載下微噴粒子顆粒度分布等快速過程都有著非常重要的應(yīng)用。而瞬態(tài)多幅全息技術(shù)除可給出單幅所有信息外還可給出目標(biāo)隨時間的演化，給出位置、密度以及位相隨時間的一階導(dǎo)、二階導(dǎo)等更加豐富的信息，大力推動高壓物理和高能量密度物理科學(xué)的理論發(fā)展及模擬仿真。

隨著高壓材料以及強場科學(xué)的發(fā)展，人們越來越關(guān)注超高壓下的材料性質(zhì)以及強場與物質(zhì)的相互作用，而超高壓及強場狀態(tài)往往只能存在于極短的時間范圍內(nèi)，由此對全息診斷技術(shù)提出了更高的要求。例如超高壓動態(tài)加載下的微噴現(xiàn)象要求全息診斷技術(shù)具備微米級空間分辨以及皮秒甚至飛秒級的時間分辨。發(fā)展更高時間分辨的單幅全息照相技術(shù)可給出超快過程的空間位置、密度以及位相等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。目前最常用的瞬態(tài)多幅全息技術(shù)為基于角度復(fù)用的超快體全息分幅成像技術(shù)，該技術(shù)通過對參考光入射角進行角度編碼，在記錄不同時刻圖像信息時提供不同入射角度的參考光與物光干涉，可在同一記錄區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多幅圖像重疊記錄，但該技術(shù)受限于高速波片的工作時間間隔、激光器重頻等限制，時間分辨最高可實現(xiàn)～10ns，無法滿足皮秒、飛秒級物理過程的全息三維成像需求。迄今為止，未見有可同時實現(xiàn)萬億幅頻和全息三維成像的超快成像裝置的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種萬億幅頻全光分幅三維全息成像裝置及方法；不受電子學(xué)帶寬限制，并能突破傳統(tǒng)泵浦探測、基于掃描相機的單次超快成像、基于信息壓縮理論的超快成像、單次計算機層析攝影、序列時間編碼全光分幅成像等技術(shù)局限性，能夠具備萬億幅頻的全光分幅成像裝置，又能夠兼顧全息三維成像功能的超快成像系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種萬億幅頻全光分幅三維全息成像裝置包括：

時域波長映射整形模塊，用于對飛秒激光器輸出的飛秒脈沖通過脈沖展寬元件后形成啁啾脈沖，然后啁啾脈沖在經(jīng)過脈沖整形元件后，形成n個不同波長成分的子脈沖；

三維光譜成像模塊，用于通過待測目標(biāo)，調(diào)制所述n個子脈沖的幅度或相位，然后通過全息記錄介質(zhì)記錄n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息；

圖像重構(gòu)模塊，用于將n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息進行圖像重構(gòu)，得到待測目標(biāo)的成像圖像。

進一步的，所述三維光譜成像模塊是基于濾波片的三維成像光路，該光路包括物鏡與n級全息記錄裝置；第n級全息記錄裝置包括第n級帶通濾波片、與第n級帶通濾波片對應(yīng)的透鏡以及全息記錄介質(zhì)；所述n個不同波長成分的子脈沖依次通過待測目標(biāo)后，再經(jīng)過物鏡后，然后依次透過n級全息記錄裝置的第一級帶通濾波片、第2級帶通濾波片......、第n級帶通濾波片；同時未透過第n級帶通濾波片的子脈沖依次通過與該級帶通濾波片對應(yīng)的透鏡，將攜帶待測目標(biāo)信息的圖像信息記錄在全息記錄介質(zhì)中；n小于等于δλc/δλf；其中δλc是飛秒脈沖光譜寬度，δλf是帶通濾波片的濾波寬度。

進一步的，所述三維光譜成像模塊是體全息記錄光路，該光路包括光路分路結(jié)構(gòu)、n路級聯(lián)的參考光光路結(jié)構(gòu)以及物光光路結(jié)構(gòu)；其中n個不同波長成分的子脈沖通過光路分路結(jié)構(gòu)后分為兩路光；其中一路光通過參考光光路結(jié)構(gòu)后，形成n路參考光，然后到達(dá)全息記錄介質(zhì)；另一路光通過待測目標(biāo)，其幅度與相位受到調(diào)制后，形成n個攜帶待測目標(biāo)信息的子脈沖圖像信息依次分別與物光進行干涉后，記錄在全息記錄介質(zhì)上；n小于等于δλc/δλf；其中δλc是飛秒脈沖光譜寬度，δλf是帶通濾波片的濾波寬度。

進一步的，所述n路級聯(lián)的參考光光結(jié)構(gòu)包括n級帶通濾波片以及與每個濾波片對應(yīng)的反射鏡組；光路分路結(jié)構(gòu)輸出的子脈沖依次透過n級帶通濾波片的第一級帶通濾波片、第二級帶通濾波片、、、、、、第n級帶通濾波片；同時未透過第n級帶通濾波片的子脈沖依次通過與該級帶通濾波片對應(yīng)的反射鏡組，然后該子脈沖與全息記錄介質(zhì)的物光進行干涉，將n幅圖像信息記錄在全息記錄介質(zhì)中；參考光光路之后的反射鏡組是調(diào)節(jié)這一支路光程長度，使得該光路支路的光程與物光光路經(jīng)過反射鏡組的光程相等。

進一步的，所述全息記錄介質(zhì)是ccd或者全息干板；當(dāng)全息記錄介質(zhì)是ccd時，圖像重構(gòu)模塊將n個ccd記錄的信息通過光學(xué)衍射算法或數(shù)字全息經(jīng)典算法計算，分別對應(yīng)得到n幅三維空間分辨成像圖像，即待測目標(biāo)圖像；當(dāng)全息記錄介質(zhì)是全息干板時，圖像重構(gòu)模塊通過切片掃描方式對全息干板進行圖像掃描，分別對應(yīng)得到n幅三維空間分辨成像圖像，即待測目標(biāo)圖像。

一種萬億幅頻全光分幅成像方法包括：

對飛秒激光器輸出的飛秒脈沖通過脈沖展寬元件后形成啁啾脈沖，然后啁啾脈沖在經(jīng)過脈沖整形元件后，形成n個不同波長成分的子脈沖；

通過待測目標(biāo)，調(diào)制所述n個子脈沖的幅度或相位，然后通過全息記錄介質(zhì)記錄n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息；

將n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息進行圖像重構(gòu)，得到待測目標(biāo)的成像圖像。

進一步的，所述全息記錄介質(zhì)記錄n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息是通過基于濾波片的三維成像光路，該光路包括物鏡與n級全息記錄裝置；第n級全息記錄裝置包括第n級帶通濾波片、與第n級帶通濾波片對應(yīng)的透鏡以及全息記錄介質(zhì)；所述n個不同波長成分的子脈沖依次通過待測目標(biāo)后，再經(jīng)過物鏡后，然后依次透過n級全息記錄裝置的第一級帶通濾波片、第2級帶通濾波片......、第n級帶通濾波片；同時未透過第n級帶通濾波片的子脈沖依次通過與該級帶通濾波片對應(yīng)的透鏡，將攜帶待測目標(biāo)信息的圖像信息記錄在全息記錄介質(zhì)中；n小于等于δλc/δλf；其中δλc是飛秒脈沖光譜寬度，δλf是帶通濾波片的濾波寬度。

進一步的，所述全息記錄介質(zhì)記錄n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息是通過體全息記錄光路實現(xiàn)的，該光路包括光路分路結(jié)構(gòu)、n路級聯(lián)的參考光光路結(jié)構(gòu)以及物光光路結(jié)構(gòu)；其中n個不同波長成分的子脈沖通過光路分路結(jié)構(gòu)后分為兩路光；其中一路光通過參考光光路結(jié)構(gòu)后，形成n路參考光，然后到達(dá)全息記錄介質(zhì)；另一路光通過待測目標(biāo)，其幅度與相位受到調(diào)制后，形成n個攜帶待測目標(biāo)信息的子脈沖圖像信息依次分別與物光進行干涉后，記錄在全息記錄介質(zhì)上；n小于等于δλc/δλf；其中δλc是飛秒脈沖光譜寬度，δλf是帶通濾波片的濾波寬度。

進一步的，路級聯(lián)的參考光光結(jié)構(gòu)包括n級帶通濾波片以及與每個濾波片對應(yīng)的反射鏡組；光路分路結(jié)構(gòu)輸出的子脈沖依次透過n級帶通濾波片的第一級帶通濾波片、第二級帶通濾波片、、、、、、第n級帶通濾波片；同時未透過第n級帶通濾波片的子脈沖依次通過與該級帶通濾波片對應(yīng)的反射鏡組，然后該子脈沖與全息記錄介質(zhì)的物光進行干涉，將n幅圖像信息記錄在全息記錄介質(zhì)中；參考光光路之后的反射鏡組是調(diào)節(jié)這一支路光程長度，使得該光路支路的光程與物光光路經(jīng)過反射鏡組的光程相等。

進一步的，所述全息記錄介質(zhì)是ccd或者全息干板；當(dāng)全息記錄介質(zhì)是ccd時，圖像重構(gòu)指的是將ccd記錄的信息通過光學(xué)衍射算法或數(shù)字全息經(jīng)典算法計算，分別對應(yīng)重構(gòu)得到n幅三維空間分辨成像圖像，即n幅待測目標(biāo)圖像；當(dāng)全息記錄介質(zhì)是全息干板時，圖像重構(gòu)指的是通過切片掃描方式對全息干板進行圖像掃描，分別對應(yīng)重構(gòu)得到n幅三維空間分辨成像圖像，即n幅待測目標(biāo)圖像。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

相對于現(xiàn)有的瞬態(tài)多幅全息成像技術(shù)，本發(fā)明提供的萬億幅頻全光分幅三維全息成像系統(tǒng)包括以下有益效果：第一，可彌補mcp記錄的光電分幅系統(tǒng)或變像管掃描分幅系統(tǒng)只能用于十億幅頻(納秒和亞納秒時間分辨)成像的不足，實現(xiàn)亞納秒和皮秒瞬態(tài)過程的皮秒和百飛秒時間分辨的分幅成像；第二，與目前的全光分幅成像技術(shù)相比，記錄的畫幅尺寸大大增加，可實現(xiàn)超高的時空分辨能力；第三，基于寬光譜的全息三維成像記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)待測對象三維空間分辨測量。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是是時域波長映射整形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是時域波長映射整形光路示例圖。

圖4是第一種三維光譜成像模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖5是第二種三維光譜成像模塊結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記：

fp-飛秒脈沖cp-啁啾脈沖sp-n個子脈沖

bs-分束鏡g1、g2-光柵對g3、g4--光柵對

m1、m2-反射鏡對m3、m4-反射鏡對l1、l2-透鏡

slm-空間光調(diào)制器。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本發(fā)明相關(guān)說明：

1、n個子脈沖沿任何支路到全息記錄介質(zhì)的光程相等；

2、帶通濾波片將選擇對應(yīng)一個子脈沖的波長成分不透過(反射)，其余波長的光全部透過，從而將每個子脈沖選擇出原光路；

各個部件的說明：

本專利工作過程：如圖1所示，首先由飛秒激光組件發(fā)出一個寬光譜的飛秒飛秒脈沖，時域波長映射整形裝置包括兩個功能：脈沖展寬和脈沖整形，脈沖展寬是將寬光譜的飛秒脈沖進行時域波長映射，得到波長隨時間變化的啁啾脈沖，脈沖整形的作用是將啁啾脈沖整形為一個不同波長成分子脈沖的脈沖串，在啁啾脈沖向脈沖串的轉(zhuǎn)換過程中波長時間映射關(guān)系不變。不同波長成分子脈沖經(jīng)過待測目標(biāo)，可記錄下待測目標(biāo)在不同時刻的圖像信息，然后再經(jīng)一個全息三維成像系統(tǒng)記錄下多個子脈沖所攜帶的圖像信息，最后利用圖像重構(gòu)系統(tǒng)重構(gòu)出多幅圖像信息。

本發(fā)明各組件說明：

(1)主動照明飛秒激光組件：

用于為全光分幅全息三維成像系統(tǒng)提供主動照明光源，需滿足一定脈沖寬度、頻譜寬度、單脈沖能量要求。飛秒激光器其脈沖寬度與頻譜寬度之間的關(guān)系受傅里葉變換極限限制，對后期光譜成像(空間分離成像)裝置的性能參數(shù)起限制作用。當(dāng)飛秒激光的輸出的飛秒脈沖的頻譜寬度一定時，成像幅數(shù)越多，記錄每幅圖像的子脈沖譜寬越窄、脈沖寬度越長，從而使得成像系統(tǒng)的幅頻變低，反之亦然，因此需根據(jù)具體的成像幅數(shù)和幅頻要求選擇不同脈沖寬度、頻譜寬度的光源。

(2)時域波長映射整形裝置

如圖2所示，時域波長映射整形裝置包括脈沖展寬元件和脈沖整形元件兩個部分，其中脈沖展寬元件需根據(jù)待測目標(biāo)的測量時間需求，選擇三種及以上方式：1)玻璃棒、2：光柵對和棱鏡對、3)光纖等不同展寬能力的展寬元件，脈沖整形部分包括空間光調(diào)制器slm、第一衍射光柵g3、第二衍射光柵g4、第一透鏡l1和第二透鏡l2；第一衍射光柵g4(入射光柵)、第一透鏡l1、空間光調(diào)制器slm、第二衍射光柵g4和第二透鏡l2依次光連接；空間光調(diào)制器slm、第一衍射光柵g3、第二衍射光柵g4、第一透鏡l1和第二透鏡l2都以透鏡的焦距等間距分布。

工作過程是：

步驟1：飛秒脈沖經(jīng)過脈沖展寬元件后形成啁啾脈沖；

步驟2：所述啁啾脈沖經(jīng)過第一衍射光柵g3(入射光柵)和第一透鏡l1后聚焦在空間光調(diào)制器slm所在平面上，實現(xiàn)第一次傅立葉變換，脈沖由時域轉(zhuǎn)換成頻域；

采用空間光調(diào)制器slm改變啁啾脈沖中各個頻率成分的相位和振幅，再經(jīng)過第二透鏡l2和第二衍射光柵g4后，實現(xiàn)逆傅立葉變換，輸出光又從頻域轉(zhuǎn)化到時域，分離的頻率成分重新組合在一起，從而獲得所需的n個不同波長的子脈沖時域整形脈沖，然后輸出；

其中，飛秒脈沖的展寬可以通過玻璃棒和光柵對的組合來實現(xiàn)多個典型記錄長度(～2ps，～10ps，～50ps，～100ps)的啁啾脈沖，以滿足激光驅(qū)動等離子、thz晶格振動波等不同物理過程的診斷需求。玻璃棒展寬是依靠玻璃材料對不同波長的色散不同，其展寬能力與材料色散系數(shù)和材料厚度有關(guān)。光柵對脈沖展寬是使被光柵衍射的不同波長的藍(lán)光(高頻成分)比紅光(低頻成分)的光程長，從而產(chǎn)生色散使脈沖得到展寬，脈沖展寬與光柵線對數(shù)和光柵對距離有關(guān)。這一設(shè)計實現(xiàn)了測量時間范圍的可調(diào)性，大大擴展了成像系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。在脈沖展寬部分，也可以選用棱鏡對、啁啾鏡等其他展寬器件，但在制備成本、靈敏度、可調(diào)性等方面，玻璃棒和光柵對的組合是最優(yōu)的展寬方案。

脈沖展寬元件的作用是：利用玻璃棒、光柵對、棱鏡對、光纖等展寬元件，實現(xiàn)時域波長映射。展寬原理是：基于光的色散原理，飛秒脈沖的不同光譜成分在色散介質(zhì)下以不同的速度傳播，從而使得脈沖時域波形發(fā)生變化。

脈沖整形元件的作用是：通過對相位、振幅的控制生成用戶所需的任意形狀的超短光脈沖，這里是將啁啾脈沖整形為不同波長的序列子脈沖串，波長時間映射關(guān)系不變。在整個全光分幅全息三維成像系統(tǒng)中，舍棄掉脈沖整形裝置也能實現(xiàn)全光分幅全息三維成像功能，但成像指標(biāo)和效果將大打折扣，無法實現(xiàn)萬億幅頻的成像指標(biāo)。脈沖整形光路可將展寬后的啁啾脈沖調(diào)制成波長隨時間變化的序列脈沖或者是等幅度的啁啾脈沖，減少不同波長成分間的串?dāng)_，提高信噪比。這部分光路不是全光分幅成像的必要組件。

脈沖展寬元件的具體實施例：如圖3所示：

1)當(dāng)飛秒脈沖實現(xiàn)百飛秒脈沖展寬時，通過玻璃棒作為脈沖展寬元件；飛秒脈沖通過玻璃棒后，輸出啁啾脈沖至脈沖整形元件；

2)當(dāng)飛秒脈沖實現(xiàn)1ps到100ps脈沖展寬時，通過分束鏡、光柵對與棱鏡對作為展寬元件，其中飛秒脈沖通過分束鏡后，以光柵對中入射光柵的閃耀角作為入射角入射；飛秒脈沖通過光柵對后，再通過棱鏡對、反射鏡后通過原路返回在通過光柵對、分束鏡后輸出至脈沖整形元件；

3)當(dāng)飛秒脈沖實現(xiàn)ns量級的脈沖展寬時，通過光纖作為脈沖展寬器件；飛秒脈沖通過光纖后，輸出啁啾脈沖至脈沖整形元件。

脈沖整形元件的具體實施例：

脈沖整形元件通過4f結(jié)構(gòu)的脈沖整形光路實現(xiàn)；啁啾脈沖的入射角與4f結(jié)構(gòu)的脈沖整形光路的入射光柵的閃耀角重合；其中空間光調(diào)制器--用聲光調(diào)制器、全息掩膜、變形面鏡以及微面鏡陣列代替。

4f結(jié)構(gòu)的脈沖整形光路工作原理：如圖3所示：

輸入啁啾脈沖經(jīng)第一個光柵g3(入射光柵)和透鏡l1后，聚焦在空間光調(diào)制器所在平面上，實現(xiàn)第一次傅立葉變換，脈沖由時域轉(zhuǎn)換成頻域。采用空間光調(diào)制器-slm可以改變啁啾脈沖中各個頻率成分的相位和振幅，再經(jīng)過透鏡l2和光柵g4后，實現(xiàn)逆傅立葉變換，輸出光又從頻域轉(zhuǎn)化到時域，分離的頻率成分重新組合在一起，從而獲得所需的時域整形脈沖，此處的空間光調(diào)制器-slm也可采用其他調(diào)制掩膜代替，如聲光調(diào)制器、全息掩膜等。

(3)三維光譜成像模塊：

對應(yīng)不同時刻的n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信息記錄可以通過n個或一個全息記錄介質(zhì)實現(xiàn)，其成像光路分別如圖4和圖5所示。圖4所示的方案是通過帶通濾光片將n個攜帶待測目標(biāo)信息的不同子脈沖的圖像信(三維信息)記錄在對應(yīng)的n個全息記錄介質(zhì)上，無需引入?yún)⒖脊?，記錄n幅圖像信息需要n個帶通濾波片和n個全息記錄介質(zhì)，但并不是帶通濾波片和全息記錄介質(zhì)的數(shù)量越多即可記錄越多的幅數(shù)，系統(tǒng)成像幅數(shù)受濾波片性能和飛秒脈沖寬度限制。目前的濾波片的濾波寬度最高可實現(xiàn)～3nm，當(dāng)飛秒脈沖光譜寬度δλ一定時，系統(tǒng)可實現(xiàn)的最高成像幅數(shù)n為δλ/(3*10^-9)。全息記錄介質(zhì)可以采用ccd也可以采用全息干板，不同記錄介質(zhì)對應(yīng)的重現(xiàn)方式不同。這種記錄方案適用于記錄微噴粒子等具有明顯衍射效應(yīng)的對象，同時也可用于無衍射現(xiàn)象的超快過程的二維超高時空分辨分幅成像。

圖5中n個不同波長成分的子脈沖經(jīng)過分光鏡一分為二：其中一路光總是沿固定光路到達(dá)粒子場，作為整個全息照相的物光；另一部分通過濾光片組，每一個濾光片將選擇對應(yīng)一個子脈沖的波長成分不透過，其余的光全透，從而將每一個子脈沖選擇出原光路，于是不同的脈沖可沿不同的光路到達(dá)記錄介質(zhì)，這些沿不同光路到達(dá)記錄介質(zhì)的脈沖光作為整個全息照相的參考光。

圖5實現(xiàn)角度復(fù)用體全息記錄的核心在于：1.每一個子脈沖(脈沖總數(shù)等于參考光支路總數(shù))分別經(jīng)過物光路及參考光路后會在記錄介質(zhì)上以不同夾角進行干涉；2.不同夾角形成的全息圖具有不同的條紋間距或條紋周期，結(jié)合體全息的bragg選擇性或通過二維空間頻譜分析可以將同一干涉區(qū)域中不同條紋間距的信息解讀出來(即同一個條紋間距對應(yīng)一次全息圖像記錄)。

實施例一：例如：當(dāng)利用可見光進行超快過程測量時，飛秒脈沖中心波長為：780nm、譜寬30nm，空間光調(diào)制器選擇液晶空間光調(diào)制器的指標(biāo)為：像素數(shù)：1920*1080，像元尺寸：8.0um，像面尺寸：15.36mm*8.64mm，填充因子：92％，透鏡焦距為200mm，則可計算出對應(yīng)的光柵常數(shù)為600line/mm，光柵入射角為30°。應(yīng)該根據(jù)具體的時間，空間分辨、景深分辨來計算相關(guān)參數(shù)。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。