Ögonblicksbild av femdimensionell avbildning med tids-rumsliga-spektrala upplösningar. Upphovsman:S. Zhang, East China Normal University.
Informationsrik optisk avbildning kan ge flerdimensionell information för att möjliggöra observation och analys av ett upptäckt mål, bidra med insikter i mystiska och okända världar. Med sin förmåga att fånga dynamiska scener på tidpunkterna för picosekunder - och till och med femtosekunder - ultrasnabb flerdimensionell optisk avbildning har viktiga tillämpningar för att upptäcka de ultrasnabba fenomenen i fysik, kemi, och biologi.
Medan pumpsondbaserad ultrasnabb bildbehandling kan skaffa högupplöst flerdimensionell information, den kan inte på ett adekvat sätt fånga instabila eller irreversibla övergående scener. Lyckligtvis, komprimerad ultrasnabb fotografering (CUP), baserad på komprimerad avkänning och radavbildning, överträffar traditionell pumpsondbaserad ultrasnabb bildbehandling. CUP har väckt stor uppmärksamhet på grund av dess höga tidsupplösning, hög dataflöde, och förvärv av ett skott. Det har framgångsrikt tillämpats i studier av olika ultrasnabba fenomen, som att fånga ultrasnabba fotoner, observera optisk Mach -kon, och detekterar optisk kaotisk dynamik.
För många ultrasnabba fenomen, den rumsliga volymetriska fördelningen och den spektrala sammansättningen av den dynamiska scenen är avgörande för att observera dynamiska processer och utforska potentiella mekanismer. Även om ultrasnabb optisk avbildning har utvecklats snabbt och en mängd olika metoder med rumslig eller spektral upplösning har föreslagits under de senaste åren, hittills har ingen ultrasnabb bildteknik kunnat förvärva temporal-spatial-spektral (x, y, z, t, och λ) femdimensionell (5D) information samtidigt med en ögonblicksbild.
Schematisk och 5D-avbildning av SV-CUP. (a) Experimentellt system. (b) Schematisk princip för drift. (c) Rekonstruerad datakub av 3D -skyltdocka. (d) Valda rekonstruerade bilder av 3D -skyltdocka vid vissa representativa tider och våglängder. (e) Tidsupplöst spektroskopi extraherad från rekonstruktionsdata. Kredit:Ding et al.
Som rapporterat i Avancerad fotonik , ett internationellt team som leds av Shian Zhang vid State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, nyligen utvecklat och experimentellt visat ett spektral-volymetriskt (SV) CUP-system som samtidigt kan fånga 5D-information med en enda ögonblicksbildmätning. Den innovativa SV-CUP kombinerar tid-för-flyg-CUP (ToF-CUP) och hyperspektral CUP (HCUP):ToF-CUP extraherar den rumsliga 3D-informationen och HCUP registrerar den rumsliga-temporala-spektrala 4D-informationen. Hela komplementet till 5D-information hämtas slutligen genom att koppla ToF-CUP och HCUP enligt deras tidsstämplade förhållande.
Med rumsliga upplösningar på 0,39, 0,35, och 3 mm i x, y, och z -riktningar, systemet kan på ett tillförlitligt sätt lösa en mängd olika 3D -objekt, som demonstreras experimentellt med hänvisning till en kvantprickbelagd 3D-skyltdocka. Synfältet är 8,8 mm x 6,3 mm x 15 mm, som enkelt kan justeras genom att byta ut rörlinsen efter scenen. Ett tidsramsintervall på 2 ps och spektralramintervall på 1,72 nm bidrar till en imponerande prestanda som resulterar i 5D -avbildning med hyperspektral och volymetrisk upplösning.
Kombination av beräknad bildbehandling, komprimerad avkänning, och bildbehandling, SV-CUP tillhandahåller ett nytt schema för förbättrad dimension vid ultrasnabb optisk avbildning. Enligt Zhang, "SV-CUP lovar ny insikt för forskning om ultrasnabba fenomen inom fysik och biokemi."
