Instantánea de imágenes de cinco dimensiones con resoluciones espectrales-temporales-espaciales. Crédito:S. Zhang, Universidad Normal del Este de China.
Las imágenes ópticas ricas en información pueden proporcionar información multidimensional para permitir la observación y el análisis de un objetivo detectado, aportando conocimientos sobre mundos misteriosos y desconocidos. Con su capacidad para capturar escenas dinámicas en escalas de tiempo de picosegundos, e incluso femtosegundos, La imagen óptica multidimensional ultrarrápida tiene aplicaciones importantes en la detección de fenómenos ultrarrápidos en la física, química, y biología.
Si bien las imágenes ultrarrápidas basadas en sondas de bomba pueden adquirir información multidimensional de alta resolución, no puede capturar adecuadamente escenas transitorias inestables o irreversibles. Afortunadamente, fotografía ultrarrápida comprimida (CUP), basado en detección comprimida e imágenes de rayas, supera las imágenes ultrarrápidas tradicionales basadas en sonda de bomba. CUP ha atraído una gran atención debido a su alta resolución temporal, alto rendimiento de datos, y adquisición de un solo disparo. Se ha aplicado con éxito en el estudio de varios fenómenos ultrarrápidos, como capturar fotones ultrarrápidos, observando el cono óptico de Mach, y detección de dinámicas ópticas caóticas.
Para muchos fenómenos ultrarrápidos, la distribución volumétrica espacial y la composición espectral de la escena dinámica son fundamentales para observar procesos dinámicos y explorar mecanismos potenciales. Aunque la obtención de imágenes ópticas ultrarrápidas se ha desarrollado rápidamente y en los últimos años se han propuesto una variedad de métodos con resolución espacial o espectral, Hasta ahora, ninguna técnica de imagen ultrarrápida ha sido capaz de adquirir tiempo-espacio-espectral (x, y, z, t, y λ) información de cinco dimensiones (5D) simultáneamente con una instantánea.
Imágenes esquemáticas y 5D de SV-CUP. (a) Sistema experimental. (b) Esquema del principio de funcionamiento. (c) Cubo de datos reconstruido del maniquí 3D. (d) Imágenes reconstruidas seleccionadas de maniquí 3D en algunos momentos y longitudes de onda representativos. (e) Espectroscopia de resolución temporal extraída de los datos de reconstrucción. Crédito:Ding et al.
Como se informó en Fotónica avanzada , un equipo internacional dirigido por Shian Zhang en State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Universidad Normal del Este de China, recientemente desarrollado y demostrado experimentalmente un sistema CUP espectral-volumétrico (SV) que puede capturar simultáneamente información 5D con una sola medición instantánea. El innovador SV-CUP combina CUP de tiempo de vuelo (ToF-CUP) y CUP hiperespectral (HCUP):El ToF-CUP extrae la información espacial 3D y el HCUP registra la información espacial-temporal-espectral 4D. El complemento completo de la información 5D se recupera finalmente mediante el acoplamiento de ToF-CUP y HCUP de acuerdo con su relación de marca de tiempo.
Con resoluciones espaciales de 0,39, 0,35, y 3 mm en x, y, y direcciones z, el sistema puede resolver de manera confiable una variedad de objetos 3D, como se demostró experimentalmente con referencia a un maniquí 3D recubierto de puntos cuánticos. El campo de visión es de 8,8 mm x 6,3 mm x 15 mm, que se puede ajustar convenientemente reemplazando la lente del tubo de acuerdo con la escena. Un intervalo de fotograma temporal de 2 ps y un intervalo de fotograma espectral de 1,72 nm contribuyen a un rendimiento impresionante que da como resultado imágenes 5D con resolución hiperespectral y volumétrica.
Combinando imágenes computacionales, detección comprimida, y procesamiento de imágenes, SV-CUP proporciona un esquema novedoso para mejorar la dimensionalidad en imágenes ópticas ultrarrápidas. Según Zhang, "SV-CUP promete nuevos conocimientos para la investigación de fenómenos ultrarrápidos en física y bioquímica".
