华东师范大学齐大龙研究员在超快复振幅光学成像方面取得进展
2024/06/17
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图 基于压缩感知原理的相干调制超快成像的实验系统与探测结果。(a)CS-CMUI系统装置图；
(b)ITO薄膜激光烧蚀过程中的强度演化；(c)ITO薄膜激光烧蚀过程中的相位演化
在国家自然科学基金项目（批准号：12325408、12074121、12274139、92150301）等资助下，华东师范大学齐大龙研究员、张诗按教授团队和中国科学院上海光学精密机械研究所朱健强研究员团队开展合作，在单次多幅超快复振幅光学成像技术研究方面取得进展，提出强度和相位可同时连续观测的超快光学成像新技术。相关研究成果以“基于压缩感知原理的单次强度和相位敏感相干调制超快成像（Single-shot intensity- and phase-sensitive compressive sensing-based coherent modulation ultrafast imaging）”为题，于2024年4月24日在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letter）期刊，论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.173801。
超快光学成像能够记录纳秒甚至飞秒时间尺度的瞬态过程，在物理学、化学、生物医学、材料科学等诸多领域发挥着不可或缺的作用。同时，相位作为光场的一个重要分量，承载了许多强度成像无法揭示的独特信息，例如能够提供关于物体形态、折射率和厚度等细节，这些信息对于理解和分析物体的内部结构和性质至关重要。然而，传统的超快光学成像技术通常无法同时连续获取强度和相位信息，这严重限制了对超快动态过程的全面深入理解。
针对这一领域内公认的科学性难题，研究团队将压缩感知原理、相干调制成像与时空偏转成像深度融合，提出了一种可以同时实现超快强度和相位连续定量探测的CS-CMUI（基于压缩感知的相干调制超快成像）技术。该技术将待测动态场景的强度和相位信息加载到超快照明光场中，通过压缩感知原理在单次曝光测量中获取光场复振幅信息的压缩快照，再结合深度学习与迭代计算的免训练图像重构算法，精确还原待测动态场景的强度和相位信息。通过对飞秒激光烧蚀动力学进行实时观测，证实了CS-CMUI能以极高的时间分辨率和相位保真度重建出动态场景的时空复振幅演化过程。
本工作提出的CS-CMUI技术有望推动超快光学成像领域的快速发展，帮助研究人员从更加完整的视角洞察和分析超快动力学过程，为探索不可逆或难以重复的材料相变、等离子体动力学等提供关键技术支撑。
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