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单次事件立体偏振压缩超快摄影系统简介

发布时间:2022-02-08 10:58:16 浏览量:2266 作者:Damian

摘要

高维光学成像对于最大限度地提取不同光子参数携带的信息是必不可少的手段。获取的高维光学数据广泛用于众多研究领域,包括生物医学、农业和电子学。作为高维光学成像的一个分支,单次事件时间成像对众多的不可重复物理、化学过程的机制理解有重要意义。本文介绍汪立宏(Lihong V. Wang)团队研制的单次事件立体偏振压缩超快摄影系统(SP-CUP):此系统协同结合压缩传感、条纹成像、体视学和偏振测量方法实现单次事件时间内被动超快成像,捕获在皮秒时间分辨率下不可重复不断演变的现象的五维数据(空间x、y、z;到达时间t;线偏振角ψ)。SP-CUP在高维成像中的光通量、序列深度以及时空分辨率和可扩展性方面具有显著优势。

正文


单次事件立体偏振压缩超快摄影系统简介


高维光学成像对于最大限度地提取不同光子参数携带的信息是必不可少的手段。获取的高维光学数据广泛用于众多研究领域,包括生物医学、农业和电子学。作为高维光学成像的一个分支,单次事件时间成像对众多的不可重复物理、化学过程的机制理解有重要意义。单次事件立体偏振压缩超快摄影系统(SP-CUP)可捕获在皮秒时间分辨率下不可重复不断演变的现象的五维数据(空间x、y、z;到达时间t;线偏振角ψ),利用压缩传感、体视学和偏振测量等方法重建被测现象过程图像。


如上图所示为单次事件立体偏振压缩超快摄影系统装置示意图。SP-CUP 系统由前光学器件、双通道生成部分、空间编码部分和两个相机组成。动态被测过程端的像首先由前光学器件成像到连接双通道生成阶段的输入图像平面。前光学元件根据特定研究需求改变FOV放大倍率。


在双通道阶段,入射光由物镜收集后由一对光阑进行采样生成两个光通道(如上图红蓝两色光)。然后光通过一对相对旋转90°的道威棱镜。利用道威棱镜特性旋转两光通道的像。经过道威棱镜后一对分束器将光分成两个分量(如上图b所示两个方向分量)。两光通道反射光分量分别被透镜聚焦再经过反射镜和直角棱镜调整光路形成两彼此旋转180°的图像。外部ccd将这两个未经时间处理的图像捕获。透射分量通过相同配置元件形成对应于反射光的两个图像。然后进入空间编码阶段。


光双通道被分成反射分量和透射分量       

             

空间编码阶段,透射光经过管状透镜和立体镜物镜,将图像中继到数字微镜DMD上。为图像编码,利用DMD调制:DMD每一个编码像素会沿表面法线整转 +12°(“ON”)或 –12°(“OFF”),并将入射光反射到两个方向之一。用互补图案掩膜产生的四个反射光束由相同的立体镜物镜收集。收集到的光束通过两个管透镜,并由一对平面镜和一个直角棱镜调整光路,入射条纹相机,形成四个水平对齐的图像。由条纹相机捕获时间处理的图像数据。


DMD两个像素的工作示意图(+12°、-12°)


实际测量时,在CCD和条纹相机前加偏振片,可收集偏振信息。最终系统一次采集六个原始信息图像。并由这六个原始信息图像还原被测现象的五维数据信息。


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