Обогащенная информацией оптическая визуализация может предоставить многомерную картинку, позволяющую наблюдать и анализировать целевой объект, помогая понять загадочные явления и неизвестные миры. Благодаря способности снимать динамические сцены в пикосекундных и даже фемтосекундных временных масштабах, сверхбыстрая многомерная оптическая визуализация применяется для обнаружения сверхбыстрых явлений в физике, химии и биологии.
Несмотря на то, что сверхбыстрая визуализация с помощью датчика накачки позволяет получать многомерную информацию с высоким разрешением, она не может адекватно фиксировать нестабильные или необратимые переходные процессы. К счастью, сжатая сверхбыстрая фотография (CUP), полученная при сжатой съемке и построении полос, превосходит традиционную сверхбыструю визуализацию на основе зонда с помпой. CUP привлек к себе большое внимание благодаря своему высокому временному разрешению и высокой пропускной способности данных. Он успешно применяется при исследовании различных сверхбыстрых явлений, таких как захват сверхбыстрых фотонов, наблюдение оптического конуса Маха и обнаружение оптической хаотической динамики.
Для многих сверхбыстрых явлений пространственное объемное распределение и спектральный состав динамической сцены имеют решающее значение для наблюдения динамических процессов и исследования потенциальных механизмов. Хотя сверхбыстрая оптическая визуализация быстро развивалась, и в последние годы было предложено множество методов с пространственным или спектральным разрешением, до сих пор ни один метод сверхбыстрой визуализации не смог получить временную, пространственно-спектральную ( x, y, z, t и λ) пятимерную (5D) информацию "одним кадром".
Как сообщает Advanced Photonics, международная группа под руководством Государственной ключевой лаборатории прецизионной спектроскопии Восточно-Китайского педагогического университета недавно разработала и экспериментально продемонстрировала спектрально-объемную (SV) систему CUP, которая может одновременно захватывать 5D-информацию с помощью одного снимка. Инновационный SV-CUP объединяет времяпролетный CUP (ToF-CUP) и гиперспектральный CUP (HCUP): ToF-CUP извлекает пространственную 3D-информацию, а HCUP записывает пространственно-временную-спектральную 4D-информацию. Полный набор 5D-информации наконец извлекается путем связывания ToF-CUP и HCUP в соответствии с их отношениями с отметками времени.
Имея пространственное разрешение 0,39, 0,35 и 3 мм по направлениям x, y и z , система может надежно запечатлеть различные трехмерные объекты, что было продемонстрировано экспериментально на примере трехмерного манекена с покрытием из квантовых точек. Поле зрения составляет 8,8мм х 6,3мм х 15мм, и его можно удобно отрегулировать, заменив линзу тубуса в зависимости от сцены. Временной интервал кадров 2 пс и спектральный интервал кадров 1,72 нм способствуют впечатляющей производительности, которая приводит к формированию 5D-изображений с гиперспектральным и объемным разрешением.
SV-CUP сочетает в себе вычислительную визуализацию, сжатое зондирование и обработку изображений, обеспечивая новую схему для улучшенной размерности сверхбыстрого оптического изображения. По словам ученых, SV-CUP может открыть новые горизонты для исследования сверхбыстрых явлений в физике и биохимии.