華東師大科研團隊在單次多幅超快復(fù)振幅光學(xué)成像領(lǐng)域取得重要突破

2024-05-20 08:46:13來源：華東師范大學(xué)關(guān)鍵詞：光學(xué)成像閱讀量：24314

　　近日重要的作用，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室齊大龍研究員、張詩按教授團隊和中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所朱健強研究員團隊開展合作去創新，在單次多幅超快復(fù)振幅光學(xué)成像技術(shù)研究方面取得重要進展足夠的實力。相關(guān)研究成果以Single-shot intensity- and phase-sensitive compressive sensing-based coherent modulation ultrafast imaging為題，于2024年4月24日在線發(fā)表于物理學(xué)頂級期刊Physical Review Letters上學習。

　　圖1. Physical Review Letters 刊登張詩按教授科研團隊實現(xiàn)單次多幅超快復(fù)振幅光學(xué)成像的科研成果

　　超快光學(xué)成像能夠記錄納秒甚至飛秒時間尺度的瞬態(tài)過程結構重塑，在物理學(xué)、化學(xué)應用優勢、生物醫(yī)學(xué)高質量發展、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。同時高效節能，相位作為光場的一個重要分量重要平臺，承載了許多強度成像無法揭示的獨特信息，例如能夠提供關(guān)于物體形態(tài)核心技術、折射率和厚度等細(xì)節(jié)，這些信息對于理解和分析物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)至關(guān)重要主動性。然而創造性，傳統(tǒng)的超快光學(xué)成像技術(shù)大多無法同時獲取強度和相位信息，這嚴(yán)重限制了對超快動態(tài)過程的全面理解道路。

　　針對這一領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的科學(xué)性難題規模設備，張詩按教授領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究團隊巧妙地將壓縮感知原理、相干調(diào)制成像與時空偏轉(zhuǎn)成像深度融合指導，提出了一種可以同時實現(xiàn)定量超快強度和相位成像的壓縮感知型相干調(diào)制超快成像(CS-CMUI)技術(shù)競爭力。如圖2所示充分，該技術(shù)將被測動態(tài)場景的強度和相位信息調(diào)制到脈沖光場中，通過壓縮感知原理在單次曝光測量中獲取脈沖光場復(fù)振幅信息的壓縮快照集聚，再結(jié)合深度學(xué)習(xí)與迭代計算的免訓(xùn)練圖像重構(gòu)算法競爭力，精確還原待測動態(tài)場景的時空強度和相位信息。

圖2. 基于壓縮感知原理的單次多幅超快復(fù)振幅光學(xué)成像技術(shù)原理圖

　　研究團隊搭建的實驗裝置如圖3(a)所示狀況，主要包括相干光源機製性梗阻、動態(tài)場景、隨機相位調(diào)制板和條紋相機全過程。來自相干光源的激光脈沖照射動態(tài)場景集成應用，將其時變光場信息加載至激光脈沖中。經(jīng)過衍射傳播和隨機相位調(diào)制后不負眾望，進一步衍射傳播并進入狹縫完全打開的條紋相機高效流通，實現(xiàn)時空偏轉(zhuǎn)和快照壓縮。通過對激光燒蝕動力學(xué)過程的實時觀測精準調控，研究團隊證實CS-CMUI能以極高的時間分辨率和相位保真度重建出動態(tài)場景的時空復(fù)振幅演化過程(如圖3(b, c)所示)功能。可以預(yù)見構建，CS-CMUI技術(shù)將極大推動超快光學(xué)成像的發(fā)展創新科技，幫助研究人員從更加完整的視角洞察和分析超快動力學(xué)過程，為探索不可逆或難以重復(fù)的材料相變共創輝煌、等離子體動力學(xué)等提供關(guān)鍵技術(shù)支撐具有重要意義。

　　圖3. 基于壓縮感知原理的相干調(diào)制超快成像的實驗系統(tǒng)與探測結(jié)果 (a) CS-CMUI系統(tǒng)裝置圖；(b) ITO薄膜激光燒蝕過程中的強度演化大部分；(c) ITO薄膜激光燒蝕過程中的相位演化

　　該研究成果近期發(fā)表于Physical Review Letters 132, 173801 (2024)強大的功能，華東師范大學(xué)為第一完成單位，華東師范大學(xué)博士研究生金誠摯和之江實驗室博士后徐英明為論文的共同第一作者解決方案，齊大龍研究員優勢、朱健強研究員和張詩按教授為論文共同通訊作者。研究工作獲國家自然科學(xué)基金委員會(12325408增產、92150301便利性、12074121、62105101行動力、62175066提供有力支撐、12274129、12274139)和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(21XD1400900保供、21JM0010700)的支持自行開發。

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