突破！中國科學(xué)家采用超快攝像機(jī)捕獲光的運(yùn)動 每秒4萬億幀

從西安交通大學(xué)獲悉，該校電信學(xué)部陳烽教授團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)王立代博士團(tuán)隊(duì)合作，提出一種全新“壓縮超快時間光譜成像術(shù)”（簡稱超快壓縮成像），在幀率、幀數(shù)和精細(xì)光譜成像等方面突破了現(xiàn)有超快成像技術(shù)的局限，成功捕獲到光子的運(yùn)動。相關(guān)成果近日發(fā)表在《物理評論快報》上。

西安交大科研人員提出的這種新型的超快成像技術(shù)是探知各種未知瞬態(tài)過程的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，如化學(xué)反應(yīng)過程中原子的運(yùn)動、超短激光脈沖作用材料時發(fā)生的瞬態(tài)非線性過程等。超快壓縮成像通過對飛秒激光進(jìn)行數(shù)字編碼，并在時間和光譜維度上進(jìn)行壓縮和解壓縮，從而能夠同時實(shí)現(xiàn)高速度、高幀數(shù)以及高光譜分辨率。超快壓縮成像的超高幀率可以達(dá)到3.85THz（1THz=1012Hz），和亞納米級超高光譜分辨率。研究人員通過這種超快壓縮成像技術(shù)實(shí)時記錄了飛秒激光脈沖的傳播、反射以及自聚焦等持續(xù)時間達(dá)到33皮秒的超快物理過程。

超快壓縮成像的基本原理是飛秒激光時間—光譜相互耦合原理，它的實(shí)現(xiàn)主要是通過3個關(guān)鍵步驟，首先是利用飛秒激光豐富的頻率成分，通過色散將不同的波長在時域上拉伸，形成一個叫做“啁啾脈沖”的高速時間序列。第二步是這個拉伸的時間序列與測量的瞬態(tài)過程進(jìn)行相互作用。這樣，不同的波長成分就可以記錄超快過程不同的時間信息。進(jìn)而對這一時間序列進(jìn)行二維的空間編碼，并利用色散將不同的光譜信息壓縮在一個二維平面上并采用CCD采集，最終利用算法將一幅二維的CCD圖像重建成具有空間和時間維度的多幅超快圖像。

該成果使得長時間、寬光譜地記錄飛秒影像成為可能，將推動更多涉及超快過程的極端物理、化學(xué)、材料和生物學(xué)的研究。

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