华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室张诗按研究员与孙真荣教授团队在单次多幅超快光学成像技术研究方面取得重要进展。该团队开发了一种新型时间-偏振映射超快成像技术，通过设计具有时变偏振角度的超短激光脉冲对超快动态场景进行照明并在偏振维度进行成像探测，成功实现了将时域信息转换到偏振维度探测的单次多幅超快光学成像，可应用于不可逆或难以重复动态场景的超快高分辨实时观测研究。相关成果于3月15日以 Single-shot polarization-resolved ultrafast mapping photography 为题在 ScienceBulletin（IF=20.577）在线发表，并被选为当期封面论文。

ScienceBulletin 刊发张诗按研究员和孙真荣教授团队最新研究成果

　　单次曝光超快光学成像可以捕捉发生在纳秒甚至飞秒时间尺度内的瞬态场景，尤其是对于泵浦探测技术无能为力的不可逆或难以重复的场景更具有优势。近年来，单次曝光超快成像借助光场调制或信息复用实现了跨越式发展，为了打破传统CCD或CMOS相机的数据读出速度限制，单次曝光超快成像技术通常将瞬态场景的时间信息转换到波长、角度、空间或空间频域等其它维度，形成一一对应关系，再利用相应维度的分辨手段实现超快探测。然而，偏振作为重要的光子标签之一，至今还没有作为时间信息的转换维度来实现超快成像。

单次曝光偏振映射超快成像技术基本原理

　　针对这一研究现状，张诗按研究员和孙真荣教授团队发展了一种新型单次曝光偏振映射超快成像（PUMP）技术，PUMP技术主要基于时变偏振光场调制、偏振滤波技术以及图像去卷积算法，实现了将时域信息转换到偏振维度探测的单次多幅超快光学成像。时变偏振光场主要借助石英旋光晶体产生，之后利用产生的时变偏振光场照明超快动态场景，最后面阵相机前的微透镜阵列和偏振滤波阵列来分辨不同偏振角度下的时空信息。与此同时，针对偏振探测的卷积特性，团队开发了一种优化迭代型图像去卷积算法，用于获取单一时刻的信息。所研制PUMP系统在单次曝光条件下时间分辨率为850飞秒，700微米视场下空间分辨率为28.5线对每毫米，成像帧数为16幅。

PUMP系统观测氧化铟锡薄膜的超快激光烧蚀动力学过程

　　为了进一步验证PUMP系统对于超快动态场景的实时探测功能，该团队还利用所研制PUMP系统研究了约百纳米厚的氧化铟锡薄膜的超快激光烧蚀动力学过程，成功观测到薄膜在200皮秒照明时间窗口下的烧蚀演化过程，有助于对其烧蚀机制进行分析。值得一提的是，PUMP技术首次实现了将时间信息转换到偏振维度探测的超快光学成像，为瞬态场景的实时观测提供了一种新型的超高时空分辨成像工具，有望促进核爆诊断、超快光场测量和激光微纳加工监测等相关基础和应用研究的发展。

　　张诗按研究员和孙真荣教授团队长期致力于开展新型单次多幅超快光学成像技术和应用研究，先后发展了时间-空间映射高光谱压缩超快成像[PhysicalReviewLetters124, 023902 (2020)；AdvancedPhotonics 3, 045001 (2021)；PhysicalReview Applied 15, 024051 (2021)]和时间-光谱映射超快成像[ACS Photonics 8, 738 (2021)]，并成功应用于超快时空激光场测量[SCIENCE CHINA: Physics, Mechanics & Astronomy 64, 124212 (2021)]和超快激光烧蚀动力学观测[Ultrafast Science 2022, 9754131 (2022)]等研究领域。相关研究工作得到了国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会与华东师范大学的资助。

　　论文链接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732300124X?via%3Dihub

图文、来源丨精密光谱科学与技术国家重点实验室　编辑丨杜玥　编审丨郭文君