利用「壓縮超快時間光譜成像術」記錄的飛秒激光直線傳播、自聚焦以及反射的超快過程影像。（受訪者供圖）

　　大公網6月6日訊（記者李陽波 西安報道）光子在真空中的速度被稱為光速，這也是目前宇宙中已知存在的最快速度，一直以來捕獲光子的運動軌跡成為全球科學家們共同的夢想。記者6日從西安交通大學獲悉，該校科研團隊與香港城市大學科研團隊合作，提出並通過全新「壓縮超快時間光譜成像術」（簡稱超快壓縮成像），在幀率、幀數和精細光譜成像等方面突破了現有超快成像技術的局限，成功捕獲到光子的運動。該研究成果已於近日在國際頂尖物理期刊《物理評論快報》發表，同時5月23日出版的英國《自然》(Nature)也以《4萬億幀每秒的速度去捕捉光的運動》為題，對此項研究成果進行了專題報道。

　　實現對瞬態過程的完整準確記錄

　　據了解，超快成像是探知各種未知瞬態過程的一項關鍵核心技術，如化學反應過程中原子的運動、超短激光脈衝作用材料時發生的瞬態非線性過程、極端瞬態物理過程等等。1999年諾貝爾化學得獎者Ahmed H. Zewail基於泵浦-探測技術提出的飛秒化學，使人們對于超快過程的研究延伸到了飛秒尺度。但由於泵浦-探測技術每次只能獲取超快過程的一個片段，所以僅適用於觀察穩定且可重複的超快過程。如何通過一種全新的超快成像手段，同時獲得超高時間分辨率、超高幀頻和超高光譜分辨，實現對一個瞬態過程完整準確的記錄，在過去很長一段時期都是世界超快過程研究領域廣泛關注的重要科學問題。

「壓縮超快時間光譜成像術」工作原理（受訪者供圖）

　　為突破這一世界性的科學難題，西安交通大學電信學部陳烽教授團隊與香港城市大學王立代博士團隊緊密合作，提出超快壓縮成像技術。而在隨後的研究中，團隊發現通過這種新技術對飛秒激光進行數字編碼，並在時間和光譜維度上進行壓縮和解壓縮，從而同時成功實現了高速度、高幀數以及高光譜分辨率。該超快壓縮成像的超高幀率不僅可以達到3.85THz，實現了亞納米級超高光譜分辨率，同時亦實時記錄了飛秒激光脈衝的傳播、反射和自聚焦等持續時間達到33皮秒的超快物理過程，完成了眾多科學家捕獲光子運動軌跡的夢想。

　　將推動更多涉及超快過程學科研究

　　「壓縮超快時間光譜成像術」記錄的飛秒激光直線傳播、自聚焦以及反射的超快過程影像。（受訪者供圖）

　　據西安交通大學科研團隊介紹，超快壓縮成像的基本原理是飛秒激光時間-光譜相互耦合原理，主要有三個關鍵步驟。第一步利用飛秒激光豐富的頻率成分，通過色散將不同的波長在時域上拉伸，形成「啁啾脈衝」高速時間序列；第二步將該高速時間序列與測量的瞬態過程進行相互作用，不同的波長成分記錄下超快過程不同的時間信息；在完成前兩個步驟之后，進而對時間序列進行二維空間編碼，並利用色散將不同的光譜信息壓縮在二維平面上並採用CCD採集，最終利用算法將二維CCD圖像重建成具有空間和時間維度的多幅超快圖像。

　　專家表示，該研究成果使得長時間、寬光譜地記錄飛秒影像成為可能，未來將推動更多涉及超快過程的極端物理、化學、材料和生物學的研究。該項研究工作亦得到國家自然科學基金、微納制造與測試技術國際合作聯合實驗室、香港特區研究資助局以及香港城市大學的資助。