每秒4万亿帧 用超快摄像机捕获光的运动

本报6月2日电(记者石俊斌、通讯员)记者2日从交通大学获悉，该校电信系陈峰教授团队与香港城市大学王博士团队合作，提出了一种新的“压缩超快时间谱成像”(简称超快压缩成像)，突破了现有超快成像技术在帧频、帧数和精细谱成像方面的限制，成功捕捉到光子运动。相关结果最近发表在《物理评论快报》上。

Xi交通大学研究人员提出的超快成像新技术是探测各种未知瞬态过程的关键核心技术，如化学反应中的原子运动、超短激光脉冲作用于材料时发生的瞬态非线性过程等。超快压缩成像通过对飞秒激光进行数字编码，在时间和光谱维度上进行压缩和解压缩，可以同时实现高速、高帧数和高光谱分辨率。超快压缩成像的超高帧频可达3.85赫兹(1赫兹= 1012赫兹)，亚纳米超高光谱分辨率。研究人员通过这种超快压缩成像技术实时记录了持续时间为33皮秒的飞秒激光脉冲传播、反射和自聚焦的超快物理过程。

超快压缩成像的基本原理是飞秒激光的时间-光谱耦合原理。其实现主要通过三个关键步骤。首先，它利用飞秒激光丰富的频率成分，通过色散在时域中拉伸不同的波长，形成一个高速的时间序列，称为“啁啾脉冲”。第二步是这个拉伸的时间序列和测量的瞬态过程之间的相互作用。这样，不同的波长分量可以记录不同的超快过程的时间信息。此外，该时间序列被编码在二维空间中，并且不同的光谱信息通过色散被压缩在二维平面上，并且被电荷耦合器件收集。最后，通过算法将一幅二维CCD图像重建成几幅具有时空维度的超快速图像。

这一成就使长时间、宽光谱记录飞秒图像成为可能，并将促进涉及超快过程的更极端的物理、化学、材料和生物研究。

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