SPIE 以15 Tfps的单次拍摄模式记录的超快旋转光场的四帧图像
信用:曾等
，doi 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
2
五
056002
高速相机可以快速连续拍照
这使得它们可用于可视化超快动态现象，例如用于精密加工和制造过程的飞秒激光烧蚀、核聚变能源系统的快速点火、活细胞中的冲击波相互作用以及某些化学反应
在摄影的各种参数中，微观超快动态过程的顺序成像需要高帧速率和高空间和时间分辨率
在当前的成像系统中，这些特征是相互权衡的
然而，中国深圳大学的科学家最近开发了一种全光学超快成像系统，具有高空间和时间分辨率以及高帧率
因为这种方法是全光学的，所以没有机械和电子元件扫描带来的瓶颈
他们的设计侧重于非共线光学参量放大器
运算放大器是一种晶体，当同时受到所需的信号光束和较高频率的泵浦光束照射时，它会放大信号光束，并产生另一种称为闲频的光束
因为本研究中使用的晶体是非共线的，所以惰轮的发射方向与信号光束的发射方向不同
但是这种设备在高速成像系统中有什么用呢？ 答案在于级联运算放大器
当泵浦光束激活时，包含在信号光束中的目标信息被光学参量放大器映射到空闲光束上
因为惰轮在不同的方向上移动，所以当信号光束向运算放大器级联的下一级移动时，可以使用“设置在侧面”的传统电荷耦合器件(CCD)照相机来捕获它
就像瀑布中的水是如何下降的一样，信号光束到达随后的OPA，由同一激光源产生的泵浦光束激活它；除了现在，一条延时线使得泵浦光束到达的时间更晚，导致第二级运算放大器旁边的电荷耦合器件相机稍后拍照
通过四个运算放大器与四个相关的电荷耦合器件摄像机和四条不同的泵浦激光延迟线的级联，科学家们创造了一个可以快速连续拍摄四张照片的系统
捕捉连续图像的速度受限于两条激光延迟线之间的差异有多小
在这方面，该系统实现了每秒15万亿帧的有效帧率——这是高空间分辨率相机的最高快门速度
相反，时间分辨率取决于触发运算放大器并产生空闲信号的激光脉冲的持续时间
在这种情况下，脉冲宽度为50 fs(五千万分之一纳秒)
结合令人难以置信的快速帧速率，这种方法能够观察到超快的物理现象，例如空气等离子体光栅和以每秒10万亿弧度旋转的旋转光场
据《高级光子学》的联合主编阿纳托利·扎亚茨说，“深圳大学的团队已经展示了超快摄影成像技术，其快门速度创下了最高纪录
这项研究为超快过程在各个领域的研究开辟了新的机会
" 这种成像方法有改进的余地，但很容易成为一种新的显微镜技术
未来的研究将释放这种方法的潜力，让我们更清楚地了解超快瞬态现象
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