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超强激光科学卓越创新简报
(第二百九十八期)
2022年8月11日
上海光机所在单次曝光超快多模态相干衍射成像方面取得新进展
　　中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室提出了单次曝光超快多模态相干衍射成像新方案，实现了超快时间分辨实时相位成像，相关研究成果以“Single-shot ultrafast multiplexed coherent diffraction imaging”为题发表于Photonics Research。
　　超快时间分辨实时相位成像在冲击波传播、激光诱导损伤和激子扩散等方面具有重要应用前景，尤其对于不可重复或很难产生的超快瞬态现象。超快时间分辨成像应用需求往往需要获得高的时间分辨率、空间分辨率、帧率和信噪比，而目前的超快相位成像技术均无法同时实现上述要求。
　　针对该技术挑战，研究人员提出了单次曝光超快多模态相干衍射成像方法（SUM-CDI），利用多模态相位恢复算法和分束编码平均技术成功实现了单次曝光超快相位成像，达到了较高的时空分辨率和信噪比。利用该技术，实验测量了紫外激光诱导玻璃表面损伤和体内成丝的物理过程，研究了体内成丝、表面损伤、冲击波等过程的瞬态变化，验证了该技术在纳秒时间分辨相位成像的可行性。空间分辨率达到6.96μm；与单模态对比，相位测量误差优于1%。
　　该技术巧妙地基于成像器件动态范围复用的原理，突破了单次曝光超快相位成像同时实现高时间分辨率、空间分辨率、信噪比的技术难题。而且，通过选择探针脉冲宽度和调节脉冲序列时间延迟，该方法可实现皮秒甚至飞秒的时间分辨率以及超宽成像时间范围（从飞秒到微秒量级）。因此该方法在实时超快测量，尤其需要相位测量的超快领域具有重要应用前景。
　　相关工作得到了国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划、中科院先导A项目、中科院青年创新促进会等项目的支持。
图1 SUM-CDI方法原理示意图
图2 SUM-CDI实验光路图及编码板的振幅和相位分布
图3 K9玻璃紫外激光损伤瞬态过程的振幅和相位超快测量结果
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