深圳大学刷新超快高空间分辨率成像记录:每秒15万亿帧的有效帧率。

高速相机可以快速连续拍照。这使得它们对于超快动力学现象的可视化非常有用，例如用于精密加工和制造的飞秒激光烧蚀、核聚变能量系统的快速点火、活细胞中的冲击波相互作用和一些化学反应。

在摄影的各种参数中，显微超快动态过程的连续成像需要高帧率和高时空分辨率。在当前的成像系统中，这些特征是折衷的。

然而，中国深圳大学的科学家最近开发了一种全光学超快成像系统，具有高时空分辨率和高帧率。由于这种方法是全光学的，摆脱了用机械电子元件扫描带来的瓶颈。

这些发明的设计重点是非线性光学参量放大器(OPA)。OPA是一种水晶。当一个想要的信号光束和一个更高频率的泵浦光束同时照射时，这个放大器可以放大信号光束，产生另一个光束，也就是所谓的闲频光束。

因为本研究中使用的晶体是非线性的，闲频信号的发射方向不同于信号光束的发射方向。然而，这样的设备如何在高速成像系统中发挥作用？答案在于级联运算放大器。当泵浦光束被激活时，包含在信号光束中的目标信息通过OPA被映射到闲频光束。由于惰轮的运动方向不同，当信号光束运动到OPA级联的下一级时，可以用传统的CCD相机来捕捉。

就像瀑布中的水一样，信号光束到达下面的OPA，它由同一激光源产生的泵浦光束激活。此时一条延迟线使泵浦光束晚一步到达，导致第二个OPA旁边的CCD相机晚一步拍照。通过级联四个运算放大器、四个相关的CCD相机和四个不同的泵浦激光延迟线，科学家们创建了一个可以非常快速地连续拍摄四张照片的系统。

捕捉连续图片的速度受限于两条激光延迟线之间的差异有多小。在这方面，这套系统实现了每秒15万亿帧的有效帧率，从而创造了高空间分辨率相机的快门速度纪录。相反，时间分辨率取决于触发OPA并产生空闲信号的激光脉冲的持续时间。在这种情况下，脉冲宽度为50fs(百万分之一纳秒)。再加上令人难以置信的快帧率，这种方法可以观测到超快速的物理现象，比如空气等离子体光栅和以每秒10万亿弧度旋转的旋转光场。

这种成像方法仍有改进的空间，但它很容易成为一种新的显微技术。未来的研究将释放这种方法的潜力，让我们对超快瞬态现象有更清楚的了解。

科学杂志《高级光子学》发表了这份研究报告。该期刊的联合编辑Anatoly Zayaz亲自介绍说:“深圳大学的团队演示了超快速摄影成像，快门速度创下了最快时间的记录。这项研究为各个领域的超快过程研究提供了新的机会。”