5D-визуализация сверхбыстрых явлений — разработана новая система

Снимок пятимерного изображения с временно-пространственно-спектральным разрешением. Предоставлено: С. Чжан, Восточно-китайский педагогический университет.

Обогащенная информацией оптическая визуализация может предоставить многомерную информацию, позволяющую наблюдать и анализировать обнаруженную цель, помогая понять загадочные и неизвестные миры. Благодаря способности снимать динамические сцены в пикосекундных и даже фемтосекундных временных масштабах, сверхбыстрая многомерная оптическая визуализация имеет важные приложения для обнаружения сверхбыстрых явлений в физике, химии и биологии.

Несмотря на то, что сверхбыстрая визуализация с помощью датчика накачки позволяет получать многомерную информацию с высоким разрешением, она не может адекватно фиксировать нестабильные или необратимые переходные процессы. К счастью, сжатая сверхбыстрая фотография (CUP), основанная на сжатой съемке и построении полос, превосходит традиционную сверхбыструю визуализацию на основе зондового насоса. CUP привлек широкое внимание благодаря своему высокому временному разрешению, высокой пропускной способности данных и однократному захвату. Он успешно применяется при исследовании различных сверхбыстрых явлений, таких как захват сверхбыстрых фотонов, наблюдение оптического конуса Маха и обнаружение оптической хаотической динамики.

Для многих сверхбыстрых явлений пространственное объемное распределение и спектральный состав динамической сцены имеют решающее значение для наблюдения динамических процессов и исследования потенциальных механизмов. Хотя сверхбыстрая оптическая визуализация быстро развивалась, и в последние годы было предложено множество методов с пространственным или спектральным разрешением, до сих пор ни один метод сверхбыстрой визуализации не смог получить временнo-пространственно-спектральное (х, у, г, ти λ) пятимерная (5D) информация одновременно со снимком.

Инновационный SV-CUP объединяет времяпролетный CUP (ToF-CUP) и гиперспектральный CUP (HCUP): ToF-CUP извлекает пространственную 3D-информацию, а HCUP записывает пространственно-временную-спектральную 4D-информацию. Полный набор 5D-информации наконец извлекается путем связывания ToF-CUP и HCUP в соответствии с их отношениями с отметками времени.

С пространственным разрешением 0,39, 0,35 и 3 мм в х, у, а также с участием В разных направлениях система может надежно разрешать различные трехмерные объекты, что было продемонстрировано экспериментально на примере трехмерного манекена с квантовыми точками. Поле зрения составляет 8,8 мм 6,3 мм  15 мм, и его можно удобно отрегулировать, заменив линзу тубуса в зависимости от сцены. Временной интервал кадров 2 пс и спектральный интервал кадров 1,72 нм способствуют впечатляющим характеристикам, которые приводят к формированию 5D-изображений с гиперспектральным и объемным разрешением.

SV-CUP сочетает в себе вычислительную визуализацию, сжатое зондирование и обработку изображений, обеспечивая новую схему для улучшенной размерности в сверхбыстром оптическом изображении. По словам Чжана, «SV-CUP обещает новые идеи для исследования сверхбыстрых явлений в физике и биохимии».