全光学方法创下超快速高空间分辨率成像的记录

高速相机可以快速连续拍照。这使它们对于可视化超快动态现象非常有用，例如用于精密加工和制造过程的飞秒激光烧蚀，核聚变能量系统的快速点火，活细胞中的冲击波相互作用以及某些化学反应。

在摄影中的各种参数中，微观超快速动态过程的顺序成像需要高帧频和高时空分辨率。在当前的成像系统中，这些特性相互折衷。

但是，中国深圳大学的科学家最近开发了一种具有高时空分辨率和高帧频的全光学超快成像系统。因为该方法是全光学的，所以没有机械和电子组件扫描产生的瓶颈。

他们的设计侧重于非共线光学参量放大器(OPA)。OPA是一种晶体，当同时用所需的信号光束和较高频率的泵浦光束照射时，它会放大该信号光束并产生另一个称为惰轮的光束。由于本研究中使用的晶体是非共线的，因此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OPA。当泵浦光束处于活动状态时，包含在信号光束中的目标信息通过OPA映射到惰轮光束上。由于惰轮沿不同的方向移动，因此可以使用“设置在侧面”的常规电荷耦合器件(CCD)摄像机捕获惰轮，同时信号光束移向OPA级联中的下一个阶段。

就像水在瀑布中的下落一样，信号束到达后续的OPA，并且由同一激光源产生的泵浦束将其激活。除了现在，一条延迟线使泵浦光束稍后到达，从而使第二阶段的OPA旁的CCD摄像机稍后进行拍照。通过将四个OPA与四个相关联的CCD摄像机以及四个不同的泵浦激光延迟线进行级联，科学家们创建了一个可以非常连续地拍摄四张照片的系统。

捕获连续图像的速度受两条激光延迟线之间的差异可能很小的限制。在这方面，该系统实现了每秒15万亿帧的有效帧速率，这是高空间分辨率相机的创纪录快门速度。相反，时间分辨率取决于触发OPA并生成惰轮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(十亿分之一纳秒)。结合令人难以置信的快速帧速率，该方法能够观察超快的物理现象，例如空气等离子光栅和以每秒10万亿弧度旋转的旋转光场。

Advanced Photonics总编辑安纳托利·扎亚兹(Anatoly Zayats)表示：“深圳大学的团队已经展示了具有最快快门速度的超快照相成像。这项研究为研究各个领域的超快过程提供了新的机会。”

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，从而使我们更清楚地了解超快速瞬态现象。

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