信息丰富的光学成像可以提供多维信息,以实现对检测到的目标的观察和分析,有助于洞察神秘和未知的世界。凭借其在皮秒甚至飞秒时间尺度上捕捉动态场景的能力,超快多维光学成像在物理、化学和生物学中的超快现象检测中具有重要应用。


虽然基于泵浦探针的超快成像可以获得高分辨率的多维信息,但它无法充分捕捉不稳定或不可逆的瞬态场景。幸运的是,基于压缩传感和条纹成像的压缩超快摄影 (CUP) 超越了传统的基于泵浦探针的超快成像。CUP因其高时间分辨率、高数据吞吐量和单次采集而受到广泛关注。它已成功应用于各种超快现象的研究,如捕获超快光子、观察光学马赫锥、检测光学混沌动力学等。

光谱体积压缩超快摄影在单个快照中同时捕获5D 信息!

具有时空光谱分辨率的五维成像快照。

光谱体积压缩超快摄影在单个快照中同时捕获5D 信息!

SV-CUP 的示意图和 5D 成像。(a) 实验系统。(b) 工作原理示意图。(c) 重建的 3D 人体模型数据立方体。(d) 在一些有代表性的时间和波长下选定的 3D 人体模型重建图像。(e) 从重建数据中提取的时间分辨光谱。


对于许多超快现象,动态场景的空间体积分布和光谱组成对于观察动态过程和探索潜在机制至关重要。尽管近年来超快光学成像发展迅速,并提出了多种具有空间或光谱分辨率的方法,但迄今为止还没有一种超快成像技术能够获得时空光谱(x、y、z、t和λ) 五维 (5D) 信息与快照同时进行。


正如Advanced Photonics报道的那样,由华东师范大学精密光谱国家重点实验室张世安领导的国际团队最近开发并实验证明了一种光谱体积(SV)CUP系统,该系统可以通过单次快照同时捕获5D信息测量。创新的SV-CUP结合了飞行时间CUP(ToF-CUP)和高光谱CUP(HCUP):ToF-CUP提取空间3D信息,HCUP记录时空光谱4D信息。5D 信息的完整补充最终通过根据它们的时间戳关系耦合 ToF-CUP 和 HCUP 来检索。


随着0.39,0.35,和3mm的空间分辨率的x,y, 和Ž方向,该系统能够可靠地解决各种3D对象,如参照量子点涂覆的三维人体模型实验证实。视场为8.8 mm x 6.3 mm x 15 mm,可根据场景更换管镜方便调节。2 ps 的时间帧间隔和 1.72 nm 的光谱帧间隔有助于实现令人印象深刻的性能,从而实现具有高光谱和体积分辨率的 5D 成像。


SV-CUP 结合计算成像、压缩感知和图像处理,为提高超快光学成像的维度提供了一种新方案。据张说,SV-CUP 有望为物理学和生物化学中的超快现象研究提供新的见解。


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