高速相機(jī)可以快速連續(xù)拍照。這使它們對(duì)于可視化超快動(dòng)態(tài)現(xiàn)象非常有用，例如用于精密加工和制造過(guò)程的飛秒激光燒蝕，核聚變能量系統(tǒng)的快速點(diǎn)火，活細(xì)胞中的沖擊波相互作用以及某些化學(xué)反應(yīng)。

在攝影中的各種參數(shù)中，微觀超快速動(dòng)態(tài)過(guò)程的順序成像需要高幀頻和高時(shí)空分辨率。在當(dāng)前的成像系統(tǒng)中，這些特性相互折衷。

但是，中國(guó)深圳大學(xué)的科學(xué)家最近開(kāi)發(fā)了一種具有高時(shí)空分辨率和高幀頻的全光學(xué)超快成像系統(tǒng)。因?yàn)樵摲椒ㄊ侨鈱W(xué)的，所以沒(méi)有機(jī)械和電子組件掃描產(chǎn)生的瓶頸。

他們的設(shè)計(jì)側(cè)重于非共線光學(xué)參量放大器(OPA)。OPA是一種晶體，當(dāng)同時(shí)用所需的信號(hào)光束和較高頻率的泵浦光束照射時(shí)，它會(huì)放大該信號(hào)光束并產(chǎn)生另一個(gè)稱(chēng)為惰輪的光束。由于本研究中使用的晶體是非共線的，因此惰輪的發(fā)射方向與信號(hào)光束的發(fā)射方向不同。但是，這種設(shè)備在高速成像系統(tǒng)中有什么用呢?

答案在于級(jí)聯(lián)OPA。當(dāng)泵浦光束處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，包含在信號(hào)光束中的目標(biāo)信息通過(guò)OPA映射到惰輪光束上。由于惰輪沿不同的方向移動(dòng)，因此可以使用“設(shè)置在側(cè)面”的常規(guī)電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)捕獲惰輪，同時(shí)信號(hào)光束移向OPA級(jí)聯(lián)中的下一個(gè)階段。

就像水在瀑布中的下落一樣，信號(hào)束到達(dá)后續(xù)的OPA，并且由同一激光源產(chǎn)生的泵浦束將其激活。除了現(xiàn)在，一條延遲線使泵浦光束稍后到達(dá)，從而使第二階段的OPA旁的CCD攝像機(jī)稍后進(jìn)行拍照。通過(guò)將四個(gè)OPA與四個(gè)相關(guān)聯(lián)的CCD攝像機(jī)以及四個(gè)不同的泵浦激光延遲線進(jìn)行級(jí)聯(lián)，科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)可以非常連續(xù)地拍攝四張照片的系統(tǒng)。

捕獲連續(xù)圖像的速度受兩條激光延遲線之間的差異可能很小的限制。在這方面，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了每秒15萬(wàn)億幀的有效幀速率，這是高空間分辨率相機(jī)的創(chuàng)紀(jì)錄快門(mén)速度。相反，時(shí)間分辨率取決于觸發(fā)OPA并生成惰輪信號(hào)的激光脈沖的持續(xù)時(shí)間。在這種情況下，脈沖寬度為50 fs(十億分之一納秒)。結(jié)合令人難以置信的快速幀速率，該方法能夠觀察超快的物理現(xiàn)象，例如空氣等離子光柵和以每秒10萬(wàn)億弧度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)。

Advanced Photonics總編輯安納托利·扎亞茲(Anatoly Zayats)表示：“深圳大學(xué)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了具有最快快門(mén)速度的超快照相成像。這項(xiàng)研究為研究各個(gè)領(lǐng)域的超快過(guò)程提供了新的機(jī)會(huì)。”

這種成像方法有改進(jìn)的余地，但很容易成為一種新的顯微鏡技術(shù)。未來(lái)的研究將釋放這種方法的潛力，從而使我們更清楚地了解超快速瞬態(tài)現(xiàn)象。