Instantâneo de imagens de cinco dimensões com resoluções espectrais espaço-temporais. Crédito:S. Zhang, Universidade Normal da China Oriental.
Imagens ópticas ricas em informações podem fornecer informações multidimensionais para permitir a observação e análise de um alvo detectado, contribuindo com insights sobre mundos misteriosos e desconhecidos. Com sua capacidade de capturar cenas dinâmicas em escalas de tempo de picossegundo - e até femtossegundo, a imagem óptica multidimensional ultrarrápida tem aplicações importantes na detecção dos fenômenos ultrarrápidos da física, química, e biologia.
Embora a imagem ultrarrápida baseada em sonda de bomba possa adquirir informações multidimensionais de alta resolução, ele não pode capturar adequadamente cenas transitórias instáveis ou irreversíveis. Felizmente, fotografia ultrarrápida comprimida (CUP), com base em detecção compactada e imagem de faixa, supera a imagem ultrarrápida baseada em sonda de bomba tradicional. O CUP atraiu ampla atenção devido à sua alta resolução temporal, alto rendimento de dados, e aquisição de disparo único. Foi aplicado com sucesso nos estudos de vários fenômenos ultra-rápidos, como a captura de fótons ultrarrápidos, observando o cone óptico de Mach, e detecção de dinâmica caótica óptica.
Para muitos fenômenos ultrarrápidos, a distribuição volumétrica espacial e a composição espectral da cena dinâmica são críticas para observar processos dinâmicos e explorar mecanismos potenciais. Embora a imagem óptica ultrarrápida tenha se desenvolvido rapidamente e uma variedade de métodos com resolução espacial ou espectral tenham sido propostos nos últimos anos, até agora nenhuma técnica de imagem ultrarrápida foi capaz de adquirir espectral-espaço-temporal (x, y, z, t, e λ) informações de cinco dimensões (5D) simultaneamente com um instantâneo.
Imagem esquemática e 5D de SV-CUP. (a) Sistema experimental. (b) Esquema do princípio de funcionamento. (c) Cubo de dados reconstruído do manequim 3D. (d) Imagens reconstruídas selecionadas do manequim 3D em alguns momentos e comprimentos de onda representativos. (e) Espectroscopia resolvida no tempo extraída dos dados de reconstrução. Crédito:Ding et al.
Conforme relatado em Fotônica Avançada , uma equipe internacional liderada por Shian Zhang no State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, recentemente desenvolvido e demonstrado experimentalmente um sistema CUP espectral-volumétrico (SV) que pode capturar simultaneamente informações 5D com uma única medição instantânea. O inovador SV-CUP combina tempo de vôo CUP (ToF-CUP) e hiperespectral CUP (HCUP):O ToF-CUP extrai a informação espacial 3D e o HCUP registra a informação espaço-temporal-espectral 4D. O complemento total de informações 5D é finalmente recuperado por meio do acoplamento de ToF-CUP e HCUP de acordo com seu relacionamento com carimbo de data / hora.
Com resoluções espaciais de 0,39, 0,35, e 3 mm em x, y, e direções z, o sistema pode resolver de forma confiável uma variedade de objetos 3D, como demonstrado experimentalmente com referência a um manequim 3D revestido com pontos quânticos. O campo de visão é de 8,8 mm x 6,3 mm x 15 mm, que pode ser convenientemente ajustado substituindo a lente do tubo de acordo com a cena. Um intervalo de quadro temporal de 2 ps e intervalo de quadro espectral de 1,72 nm contribuem para um desempenho impressionante que resulta em imagens 5D com resolução hiperespectral e volumétrica.
Combinando imagens computacionais, sensoriamento comprimido, e processamento de imagem, O SV-CUP fornece um novo esquema para dimensionalidade aprimorada em imagens ópticas ultrarrápidas. De acordo com Zhang, "SV-CUP promete novos insights para pesquisa em fenômenos ultrarrápidos em física e bioquímica."
