Spektral-volumetrisk komprimeret ultrahurtig fotografering fanger samtidigt 5D-data i et enkelt øjebliksbillede

Informationsrig optisk billeddannelse kan levere multidimensionel information for at muliggøre observation og analyse af et påvist mål, bidrage med indsigt i mystiske og ukendte verdener. Med sin evne til at fange dynamiske scener på picosekund - og endda femtosekund - tidsskalaer, ultrahurtig multidimensionel optisk billeddannelse har vigtige anvendelser til påvisning af de ultrahurtige fænomener i fysik, kemi, og biologi.

Mens pumpesondebaseret ultrahurtig billeddannelse kan erhverve multidimensionel information i høj opløsning, det kan ikke tilstrækkeligt fange ustabile eller irreversible forbigående scener. Heldigvis, komprimeret ultrahurtig fotografering (CUP), baseret på komprimeret sansning og streak -billeddannelse, overgår traditionel pumpesonde-baseret ultrahurtig billeddannelse. CUP har tiltrukket bred opmærksomhed på grund af sin høje tidsmæssige opløsning, høj datagennemstrømning, og single-shot erhvervelse. Det er blevet anvendt med succes i undersøgelser af forskellige ultrahurtige fænomener, f.eks. optagelse af ultrahurtige fotoner, observere optisk Mach kegle, og detektering af optisk kaotisk dynamik.

For mange ultrahurtige fænomener, den rumlige volumetriske fordeling og den spektrale sammensætning af den dynamiske scene er afgørende for at observere dynamiske processer og udforske potentielle mekanismer. Selvom ultrahurtig optisk billeddannelse har udviklet sig hurtigt, og en række metoder med rumlig eller spektral opløsning er blevet foreslået i de seneste år, hidtil har ingen ultrahurtig billeddannelsesteknik været i stand til at erhverve tids-rumlig-spektral (x, y, z, t, og λ) femdimensionel (5D) information samtidigt med et øjebliksbillede.

Som rapporteret i Avanceret fotonik , et internationalt team ledet af Shian Zhang ved State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, for nylig udviklet og eksperimentelt demonstreret et spektral-volumetrisk (SV) CUP-system, der samtidigt kan fange 5D-information med en enkelt snapshot-måling. Den innovative SV-CUP kombinerer time-of-flight CUP (ToF-CUP) og hyperspektral CUP (HCUP):ToF-CUP udtrækker de rumlige 3D-oplysninger, og HCUP registrerer den rumligt-tidsmæssige-spektrale 4D-information. Det fulde komplement af 5D-oplysninger hentes endelig ved at koble ToF-CUP og HCUP i henhold til deres tidsstemplede forhold.

Med rumlige opløsninger på 0,39, 0,35, og 3 mm i x, y, og z retninger, systemet kan pålideligt løse en række 3D -objekter, som demonstreret eksperimentelt med henvisning til en kvante-prik-belagt 3D-mannequin. Synsfeltet er 8,8 mm x 6,3 mm x 15 mm, som bekvemt kan justeres ved at udskifte rørlinsen i henhold til scenen. Et tidsrammeinterval på 2 ps og spektralbilledinterval på 1,72 nm bidrager til en imponerende ydelse, der resulterer i 5D -billeddannelse med hyperspektral og volumetrisk opløsning.

Kombination af computational imaging, komprimeret sansning, og billedbehandling, SV-CUP giver et nyt skema til forbedret dimension i ultrahurtig optisk billeddannelse. Ifølge Zhang, "SV-CUP lover ny indsigt til forskning i ultrahurtige fænomener inden for fysik og biokemi."