一种双模态三维显微成像系统及成像方法

本发明涉及显微成像，尤其涉及的是一种双模态三维显微成像系统及成像方法。

背景技术：

1、目前，对超快激光烧蚀过程的研究主要通过泵浦-探测显微镜进行研究。这种技术具有超快的时间分辨率和微观的空间分辨率，通过调节延迟时间，在不同时间间隔捕捉照射后反射表面的图像。然而，激光与材料相互作用的动态变化不仅会引起光学特性的变化，还会导致三维表面的地形演变。除了时空分辨率不足外，所有这些技术都只能测量反射率图进行分析，而不能对表面三维结构进行成像，这限制了传统泵浦-探测显微镜在研究超快成像领域中的应用。

2、因此，现有技术中的方法需要进一步的改进。

技术实现思路

1、鉴于上述相关技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种双模态三维显微成像系统及成像方法，克服现有技术中超快激光烧蚀过程中只能根据测量反射率图进行分析，不能对表面三维结构成像，因信息分析不全面而导致的测量结果准确性低的缺陷。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本实施例公开了一种双模态三维显微成像系统，其中，包括：

4、激光发生装置，用于产生混合有不同波长倍数的泵浦光；

5、第一分光元件，设置在所述泵浦光的光路上，用于根据不同的波长倍数将所述泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光；

6、延迟线及控制装置，设置在所述第一探测光或者第一泵浦光的光路上，用于调控第一探测光与第一泵浦光之间的光程差；

7、第二分光元件，设置在第一探测光的光路上，用于将所述第一探测光分为第二探测光和参考光；

8、第一物镜，设置在第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于将第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，烧蚀结构表面对所述第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光；

9、第二物镜，设置在参考光的光路上，用于对参考光汇聚处理，以使得参考光与第三探测光的光程和色散匹配；

10、图像接收元件，设置在第三探测光和参考光的光路上，用于接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。

11、可选地，所述激光发生装置包括：激光器和非线性晶体；

12、所述激光器，用于产生原始泵浦激光；

13、所述非线性晶体，设置在所述原始泵浦激光的光路上，用于将原始泵浦激光进行倍频，得到混合有两种不同波长的泵浦光。

14、可选地，所述第一分光元件为第一二向色镜。

15、可选地，所述系统还包括：设置在第一泵浦光的光路上的开关及控制装置，所述开关及控制装置用于控制单次经过的第一泵浦光中的激光脉冲个数。

16、可选地，所述系统还包括：承载装置及位移台；

17、所述承载装置及位移台，设置在所述第一泵浦光和第二探测光的光路上，用于承载待加工样品。

18、可选地，所述开关及控制装置包括光电开关和用于控制光电开关开闭时间的第一控制装置；其中，所述第一控制装置与所述光电开关相连接，控制光电开关的开闭时间与所述激光发生装置的重复频率相匹配，以控制单次经过的泵浦脉冲个数。

19、可选地，所述延迟线及控制装置包括：设置有平行导轨的压电平台和设置在所述平行导轨上的多个第一反射镜。

20、可选地，所述开关及控制装置与第一物镜之间还依次设置有：小孔光阑、第一透镜组、第二反射镜和第三分光元件；

21、所述小孔光阑将接收到的第一泵浦光进行滤波处理，滤波处理后的第一泵浦光输入至第一透镜组，经所述第一透镜组进行角度调制后，输入至所述第二反射镜，经第二反射镜反射后，入射到第三分光元件，经第三分光元件后入射到第一物镜。

22、可选地，所述第二物镜的两侧分别设置有用于将所述参考光进行反射的第三反射镜和用于对第二物镜中透射的光进行反射的第四反射镜。

23、第二方面，本实施例还公开了一种双模态三维显微成像系统的成像方法，其中，包括：

24、控制将激光发生装置输出的泵浦光分成第一泵浦光和第一探测光，以及调控第一泵浦光和第一探测光之间的光程差；

25、将第一探测光分成第二探测光和参考光；

26、控制第一泵浦光和第二探测光聚焦于样品表面，以使得样品表面在第一泵浦光的聚焦下产生烧蚀结构，以及烧蚀结构表面对第二探测光进行反射后，得到带有烧蚀表面信息的第三探测光；

27、接收第三探测光和参考光发生干涉后产生的包含烧蚀表面信息的干涉图像。

28、有益效果:

29、本实施例公开了一种双模态三维显微成像系统及成像方法，该显微成像系统包括：激光发生装置、第一分光元件、延迟线及控制装置、第二分光元件、第一物镜、第二物镜和图像接收元件，一方面，通过将激光发生装置产生的部分泵浦光聚焦到样品表面，以生成烧蚀结构，另一方面，激光发生装置产生的另一部分泵浦光作经过光程调节后分成一束探测光和一束参考光，探测光接收探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。本实施例所公开的显微成像系统及成像方法，可以获取到不同时刻下的样品表面烧蚀结构的干涉图像，克服了仅对表面反射率成像面临的信息获取不足的问题，并且样品表面烧蚀结构的干涉图像具有更全的烧蚀过程信息，因此可以实现对超快动态过程的准确测量和控制。

技术特征：

1.一种双模态三维显微成像系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述激光发生装置包括：激光器和非线性晶体；

3.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述第一分光元件为第一二向色镜。

4.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在第一泵浦光的光路上的开关及控制装置，所述开关及控制装置用于控制单次经过的第一泵浦光中的激光脉冲个数。

5.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述系统还包括：承载装置及位移台；

6.根据权利要求4所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述开关及控制装置包括光电开关和用于控制光电开关开闭时间的第一控制装置；其中，所述第一控制装置与所述光电开关相连接，控制光电开关的开闭时间与所述激光发生装置的重复频率相匹配，以控制单次经过的泵浦脉冲个数。

7.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述延迟线及控制装置包括：设置有平行导轨的压电平台和设置在所述平行导轨上的多个第一反射镜。

8.根据权利要求4所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述开关及控制装置与第一物镜之间还依次设置有：小孔光阑、第一透镜组、第二反射镜和第三分光元件；

9.根据权利要求1所述的双模态三维显微成像系统，其特征在于，所述第二物镜的两侧分别设置有用于将所述参考光进行反射的第三反射镜和用于对第二物镜中透射的光进行反射的第四反射镜。

10.一种双模态三维显微成像系统的成像方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种双模态三维显微成像系统及成像方法，该显微成像系统，一方面通过将激光发生装置产生的部分泵浦光聚焦到样品表面，以生成烧蚀结构，另一方面，将激光发生装置产生的另一部分泵浦光作经过光程调节后分成一束探测光和一束参考光，探测光接收探测光和参考光发生干涉后产生的包含样品表面形貌信息的干涉图像。本实施例所公开的显微成像系统及成像方法，可以获取到不同时刻下的样品表面烧蚀结构的干涉图像，克服了仅对表面反射率成像面临的信息获取不足的问题，并且样品表面烧蚀结构的干涉图像具有更全的烧蚀过程信息，因此可以实现对超快动态过程的更准确控制，提高控制准确精度。

技术研发人员：韦芊屹,倪洁蕾,张柯,张聿全,闵长俊,袁小聪
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29