深圳大学利用光参量放大技术创造了高空间分辨率成像的新记录
深圳大学利用光参量放大技术创造了高空间分辨率成像的新记录。
全光学成像技术已被证实，可实现其开发者所描述的前所未有的帧速率，同时也帮助实现了可视化超快瞬态现象。
据麦姆斯咨询报道，深圳大学的研究人员基于其光参量放大（opa）技术，可利用非线性光学效应改变特定晶体材料内光脉冲的波长和频率。该研究以题为“high-spatial-resolution ultrafast framing imaging at 15 trillion frames per second by optical parametric amplification”发表于advanced photonics，论文地址为：https://doi.org/10.1117/1.ap.2.5.056002。
深圳大学研究团队认为，opa是一种极具吸引力的候选技术，能够克服现有单次超快光学成像方法的局限性，以及单次高时空分辨率和帧率飞秒成像的挑战。
当使用特定信号光束和高频泵浦光束同时照射opa时，信号光束会被放大；这一操作会产生所谓的闲频光子（idler photons），其能量代表了泵浦光与信号之间的差异。
将这一原理应用到光学成像中，涉及到使用来自目标物体的激光光子作为一组opa的信号光束，通过到达脉冲长度可有效地创建序列帧。然后opa从每个图像中生成空间分离的“闲散图像（idler images）”，这些图像无需特定的快速响应相机就能够被记录下来。如果激光脉冲是超短波，那么闲散图像的产生也将同样快速，并且opa成像的分辨率也相应更高。
深圳大学研究团队将这一原理应用到一种基于“非共线光参量放大（fincopa）”的分幅成像（framing imaging）的技术中。
图1 (a)为fincopa的原理示意图；(b)为fincopa的实验设置
该研究在其发表的论文中指出：“这种全光学方法不受快速扫描或偏转的活动机械及电子部件所束缚，而这对于实现高帧率来说至关重要。”
显微超快光学成像
该研究的fincopa平台使用了一组四级联opa，信号光束能以连续顺序通过opa。每个闲频信号都会被相应的传统ccd相机所捕获，并与主信号束的进行方向偏移。
“该系统由四组opa级联与四架对应的ccd相机、四种不同的泵浦激光器的延迟线共同组成，该系统可在极短的时间内连续拍摄四张图像。”深圳大学研究团队评论道，“时间分辨率主要取决于触发opa和产生闲频信号的激光脉冲持续时间。”
研究中使用激光诱导的空气等离子体光栅作为成像目标，激光脉冲持续时间为50飞秒，fincopa平台实验记录了50飞秒分辨率的帧图像，有效帧率达到10万亿帧/秒（tfps）。
图2为以15 tfps单次拍摄记录的超快旋转光场的四帧图像
该研究进一步改进使得超快旋转光场的成像效率达到15 tfps，这被认为是高空间分辨率相机创造的快门速度最高记录。
该技术的未来研究方向将包括：通过使用更短的触发脉冲进一步提高时间分辨率，以及使用更强的激光器来提高帧率。
该研究还将探究fincopa在显微成像方面的实际应用，并且已进行了初步试验：使用传统的显微镜物镜对链中opa信号进行光学放大。结果发现，目标的微观结构能被清晰地记录下来。
图3 (a)为建立等离子体光栅生成器；(b)为建立超快旋转光学晶格生成器
该研究总结道：“使用fincopa进行显微超快光学成像，唾手可得！”
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深圳大学研究团队认为，opa是一种极具吸引力的候选技术，能够克服现有单次超快光学成像方法的局限性，以及单次高时空分辨率和帧率飞秒成像的挑战。
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深圳大学研究团队将这一原理应用到一种基于“非共线光参量放大（fincopa）”的分幅成像（framing imaging）的技术中。
图1 (a)为fincopa的原理示意图；(b)为fincopa的实验设置
该研究在其发表的论文中指出：“这种全光学方法不受快速扫描或偏转的活动机械及电子部件所束缚，而这对于实现高帧率来说至关重要。”
显微超快光学成像
该研究的fincopa平台使用了一组四级联opa，信号光束能以连续顺序通过opa。每个闲频信号都会被相应的传统ccd相机所捕获，并与主信号束的进行方向偏移。
“该系统由四组opa级联与四架对应的ccd相机、四种不同的泵浦激光器的延迟线共同组成，该系统可在极短的时间内连续拍摄四张图像。”深圳大学研究团队评论道，“时间分辨率主要取决于触发opa和产生闲频信号的激光脉冲持续时间。”
研究中使用激光诱导的空气等离子体光栅作为成像目标，激光脉冲持续时间为50飞秒，fincopa平台实验记录了50飞秒分辨率的帧图像，有效帧率达到10万亿帧/秒（tfps）。
图2为以15 tfps单次拍摄记录的超快旋转光场的四帧图像
该研究进一步改进使得超快旋转光场的成像效率达到15 tfps，这被认为是高空间分辨率相机创造的快门速度最高记录。
该技术的未来研究方向将包括：通过使用更短的触发脉冲进一步提高时间分辨率，以及使用更强的激光器来提高帧率。
该研究还将探究fincopa在显微成像方面的实际应用，并且已进行了初步试验：使用传统的显微镜物镜对链中opa信号进行光学放大。结果发现，目标的微观结构能被清晰地记录下来。
图3 (a)为建立等离子体光栅生成器；(b)为建立超快旋转光学晶格生成器
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