天博综合体育中国官方网站 这种强大的技术，可以实现以1万亿帧/秒的速率对单个超快事件进行推理
综述
顺序定时全光映射摄影 (天博综合体育中国官方网站) 使用连贯高意Astrella，在大约100飞秒到几纳秒的时间范围内捕获视频信号。例如，这种技术可以用于研究太赫兹波的产生和传播（~100 fs）、激光烧蚀过程中的放电动力学（~1 ps）和水中的冲击波（~1 ns）。
对高速成像方法的需求
传统的观察超快现象的用的是泵浦/探测方法。在该技术中，利用激光脉冲因为来激发研究处理的样品，经过特定的短延迟后，探测脉冲抓取图像。然后，在拍摄过程中，连续递增延迟时间，从而构建视频。但是，该技术需要反复测量，每次激发样品时只能拍摄一张照片。
Keiichi Nakakawa 教授（东京大学）的课题组，主要研究声波和光与材料（特别是活组织）的回应。几年前，他们意识到需要一种个体动态（非重复）的超快理论方法，例如声波波前的传播方式。因此开发了天博综合体育中国官方网站来满足这一需求[1]。
几年前，他们意识到需要一种单体动态（非重复）的超快逻辑方法，例如声波波前的传播方式。因此他们开发了 天博综合体育中国官方网站 来满足这一需求。
这种方法的原理是什么呢？
天博综合体育中国官方网站 的基本原理如图 1 所示。天博综合体育中国官方网站 使用 Coherent 高意 Astrella 钛宝石将秒放大器，具有宽光谱带宽和时序的单脉冲能量。首先，飞秒脉冲通过啁啾进行展宽，产生不同波长的激光以交错延迟时间到达采样。中川这部分称为“时间映射”。
当激光通过采样后，每个子脉冲按波长分开，然后被光子（CCD或CMOS）阵列的特定区域探测到。因此每个区域变成一个单独的帧视频。激光发射脉冲和探测的方式有点像快速的闪光灯照明和成像。
图1：天博综合体育中国官方网站将激光脉冲分离出不同波长（有时间延迟）的子脉冲。照射样品后，子脉冲将按波长分离并记录在光束上[1]。
扩展 天博综合体育中国官方网站 性能
自从最初开发这项技术以来，中川小组一直在不断创新天博综合体育中国官方网站，从三个方面扩展其功能。其中一个是开发新的脉冲测量映射技术。之后，他们依靠玻璃棒或元件中的自然色散现象来实现时间映射。但这样只能实现短皮级的时间测量。
为了实现纳秒级，他们最近开发了一种名为“光谱回路”的光学设备。在这种方法中，先对光脉冲进行空间啁啾，进行精度，光脉冲在四个然后反射镜产生的光路中循环（参见图2）。光在逸出循环的圈数取决于波长。之前每一圈循环都会释放一个子脉冲，其波长比前一个子脉冲中继。最终可以产生纳秒级的子脉冲。
另外，他们也在尝试天博综合体育中国官方网站新的空间映射方法。例如，他们发明了一种巧妙的多面镜，他们称之为“切片镜”。借助这个多面镜，在两个相当上对子脉冲可以进行3X3模式的逻辑，最终得到总共18帧的视频脉冲，所有帧都具有高空间分辨率。
此外，中川小组还开发了多色 天博综合体育中国官方网站，这是一种全新的超快单个事件成像概念。比如双色 天博综合体育中国官方网站，他们在Coherent 高意 Astrella 钛宝石飞秒放大器的二次谐波产生处脉冲，把这400个纳米子脉冲与基本的800个纳米子脉冲相结合来执行他们的技术。该方案能够获得超快的“图像彩色”现象，从而实现端点的快速光谱成像。
图2：光谱回路的设置，循环圈数和延迟时间取决于脉冲宽度[2]。
用于过程监控的 天博综合体育中国官方网站
中川课题组使用 天博综合体育中国官方网站 来检查工业材料加工和生命科学等领域的过程监控。
太赫兹（THz）波是一种电磁波，在材料科学、生物技术和医学、电子设备和环境等领域具有广泛的潜在应用。超短脉冲(USP)激光器广泛用于产生高强度超短太赫兹波。由于这种现象发生在超短时间内，之前只能采用基于时间分辨的泵浦探测方法，通过反复测量才能得出结论。
使用天博综合体育中国官方网站，通过将超短脉冲观察铁电晶体的超快动力学，中川课题组首次捕捉到产生太赫兹波的运动画面。
图3显示了以4.4 Tfps的速率捕获的太赫兹波产生和传播的动态过程。刚开始时，晶格振动是随机激发的，然后逐渐相位同步并产生单个波包。这个波在晶体中大约有六分之一的光传播。从拍摄的图像中判断出，它是一个电磁波，波长在太赫兹范围内。
图3：当单个USP激光脉冲激发铁电晶体的晶格振动时，产生的太赫兹(THz)波的天博综合体育中国官方网站序列[1]。
超短脉冲激光烧蚀
可产生皮秒和飞秒输出的超短脉冲激光器越来越多地用于精密微加工。包括从医疗器械到智能手机组件等产品的劳动力、划线和标记。因为超短脉冲激光的加工精度高。而且几乎没有热效应的影响。
但目前大家都不太了解其处理过程的细节。中川课题组使用 天博综合体育中国官方网站 来研究这个过程。他们单个对 35 fs 激光脉冲在玻璃样品上的烧蚀过程进行成像。
在此实验中，他们配置了双色天博综合体育中国官方网站装置，以实现>1 Tfps的有效帧速率。图4的记录了实验过程。从原始的双色图像中，得到了电子密度图。通过实验数据，可以推算激光脉冲烧蚀产生的羽辉的大小、形状、速度和电子密度分布。
图4：显示单个USP激光脉冲烧蚀玻璃时产生的浅羽辉的天博综合体育中国官方网站图像[3]。
冲击波在水中的传播
中川课题组对激光脉冲在水里产生的冲击波进行了理论。中川解释说，扫描和组织激光与活体的应答对于医学治疗、成像和生命科学研究非常重要。（水是活组织的主要成分。）
如图5所示，它们接近了冲击波前的传播图。图像的增益恢复表示冲击波强度。中川课题组通过观察天博综合体育中国官方网站捕获的动力学过程来研究冲击波与生物细胞响应。
图5：单个激光脉冲激发的冲击波在水中传播的天博综合体育中国官方网站图像[4]。
为什么选择Coherent高意的Astrella？
中川教授列举了星辰契合其天博综合体育中国官方网站研究的几个优点。他指出，“就性能而言，Astrella提供了高质量的输出光束，这一点很重要，因为光束质量直接影响图像质量。Astrella的光谱带宽更容易生成多个子脉冲，而且我们在需要时将脉冲宽压缩到35 fs左右。高脉冲能量（7 mJ）是另一个关键优势，因为我们在时间和空间上将输出光束调制为天博综合体育中国官方网站脉冲会产生能量擦除，而双色天博综合体育中国官方网站还需要一部分脉冲能量来产生SHG脉冲。当然，我们还需要脉冲能量来激励样品。”
Nakakawa教授还提到了几个优势，包括Astrella是一款免维护的标准化激光器。这种操作简单性关键，因为激光器只是整套系统中的一个关键组成部分。他指出，“这意味着使用天博综合体育中国官方网站的任何人无需成为激光专家，即可充分利用这一技术。通过简单的用户界面，就可以精确控制激光器。同样重要的是，我们发现Astrella非常稳定、可靠，需要保养或计划外的维修和升级。”
他总结道：“是的，我们非常喜欢这款激光器。”
“Astrella提供了高质量的输出光束，这一点很重要，光束质量直接影响图像质量。Astrella因为光谱带宽更容易生成多个子脉冲，而且我们可以在需要的时候将脉宽压缩到35 fs左右。”
– 中川敬一，东京大学助理教授总结
中川实验室开发了这种独特的方法来获取单个事件的极高速视频，以支持他们的研究。现在，由于他们的不断创新和星辰操作的便捷性，使这种方法成为一种灵活掌握的技术。这使得它广泛适用于其他飞秒到纳秒的快速动力学研究领域。
参考文献
[1] K. Nakakawa 等人，“顺序定时全光学测绘摄影 (天博综合体育中国官方网站)”。自然光子学 8, 695–700 (2014)。
[2] T. Saiki 等人，“用于在自由空间中产生光谱分离的纳秒脉冲串的光谱电路。” CLEO 2020，在线，2020 年 5 月。
[3] K. Shimada 等人，“使用双色 天博综合体育中国官方网站 进行超快等离子体动力学的电子密度成像。” ALPS2021，在线，2021 年 4 月。
[4] T. Saiki 等人，“具有皮秒曝光时间的纳秒单次成像系统，用于监测冲击波对细胞的影响。”日本冲击波研讨会，在线，2021 年 3 月。