每秒4萬(wàn)億幀 我科學(xué)家用超快攝像機(jī)捕獲光的運(yùn)動(dòng) 相關(guān)成果近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上

，如化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中原子的運(yùn)動(dòng)、超短激光脈沖作用材料時(shí)發(fā)生的瞬態(tài)非線性過(guò)程等。超快壓縮成像通過(guò)對(duì)飛秒激光進(jìn)行數(shù)字編碼，并在時(shí)間和光譜維度上進(jìn)行壓縮和解壓縮，從而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速度、高幀數(shù)以及高光譜分辨率。超快壓縮成像的超高幀率可以達(dá)到3.85THz(1THz=1012Hz)，和亞納米級(jí)超高光譜分辨率。研究人員通過(guò)這種超快壓縮成像技術(shù)實(shí)時(shí)記錄了飛秒激光脈沖的傳播、反射以及自聚焦等持續(xù)時(shí)間達(dá)到33皮秒的超快物理過(guò)程。

超快壓縮成像的基本原理是飛秒激光時(shí)間—光譜相互耦合原理

，它的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)3個(gè)關(guān)鍵步驟，首先是利用飛秒激光豐富的頻率成分，通過(guò)色散將不同的波長(zhǎng)在時(shí)域上拉伸，形成一個(gè)叫做“啁啾脈沖”的高速時(shí)間序列。第二步是這個(gè)拉伸的時(shí)間序列與測(cè)量的瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行相互作用。這樣，不同的波長(zhǎng)成分就可以記錄超快過(guò)程不同的時(shí)間信息。進(jìn)而對(duì)這一時(shí)間序列進(jìn)行二維的空間編碼，并利用色散將不同的光譜信息壓縮在一個(gè)二維平面上并采用CCD采集，最終利用算法將一幅二維的CCD圖像重建成具有空間和時(shí)間維度的多幅超快圖像。

該成果使得長(zhǎng)時(shí)間、寬光譜地記錄飛秒影像成為可能

，將推動(dòng)更多涉及超快過(guò)程的極端物理、化學(xué)、材料和生物學(xué)的研究。