图14用于捕获在熔融二氧化硅试管中传播的单个超短脉冲的多帧FTOP技术 。 （A） FTOP成像技术的实验示意图和（B）熔融石英中脉冲传播的单次四帧观测 。 在相同的实验条件下 ， 使用不同的激光拍摄传播轮廓 。
4.2单次激发频域全息术
单激发频域全息术（FDH）是在频域干涉法（FDI）的基础上发展起来的一种具有一维空间分辨率的单激发超快相位测量技术 。 FDH的优点是在皮秒时间尺度上以飞秒时间分辨率单次测量光学相移 。 图15显示了FDH的原始系统示意图 。
图15 FDH实验装置示意图 。
4.3单激发FDT
层析成像是基于对沿不同方向穿过物体的辐射的测量 ， 这使得能够从顺序测量的投影中对隐藏的静止物体进行无创成像 。 FDT可以成像广泛的非线性传播现象 ， 包括气体中的细丝形成和等离子体尾波场的演变 。 图17A显示了单激发FDT的示意图 。 由于非线性折射率相关性和强泵浦脉冲产生的等离子体 ， 熔融石英玻璃中的瞬态折射率结构在光速下发生变化 。 使用三层结构BBO（β-硼酸钡）晶体产生15个倍频脉冲 ， 其中选择5个具有不同投影角的脉冲作为探测脉冲 ， 如图16A所示 。 然后 ， 探测脉冲在目标位置在空间和时间上重叠 ， 动态过程由光谱成像干涉仪测量 。 熔融石英玻璃中非线性激光传播的动画快照如图16B所示 。 重建的快照显示了在7.4 ps内的自聚焦和9.8 ps的激光丝化动力学 。 在12.2 ps时产生的陡壁折射率空穴表明等离子体诱导了负折射率变化 ， 抵消了激光诱导的正非线性折射率变化 。
图16 主层析成像的原理图和实验 。 （A）单次激发频域层析成像装置示意图；（B）单次拍摄的指数分布的断层图像 。
4.4 THPM
根据角复用全息技术 ， THPM可以捕获偏振敏感透明材料中出现的超快现象 。 图17A显示了THPM系统的示意图 。 将倍频探针激光脉冲分离为两个脉冲 ， 分别作为泵和探针 。 参考脉冲和信号脉冲之间的干涉全息图由CCD相机捕获 ， CCD相机通过不同的空间滤波器加载不同的空间载波频率 。 然后 ， 可以通过成像算法重建两个正交偏振分量的相位和振幅分布 。 THPM技术可以通过一次测量在两个不同时间捕获超快动力学的两个正交偏振态的振幅和相位分布 。 在图17B中 ， 使用THPM系统测量了皮秒激光与两个典型偏振敏感样品相互作用的动态过程 。 在0.1和1.7?ns处的振幅和相位变化验证了冲击波的产生和传播 。
图17 用时间分辨全息偏振显微镜（THPM）方法研究了两种典型偏振敏感样品中皮秒激光辐照的动力学：线性偏振器和云母层 。 （A） THPM系统的示意图 ， 右下插图 ， 四个参考脉冲的产生 。 （B）云母薄片样品中超快激光诱导损伤的振幅和相位对比度图像 。
4.5 STAMP
在单镜头光学成像中 ， 一种称为STAMP的频率-时间编码技术因其高帧速率（高达太赫兹）、可调帧间隔（fs–ns）和高图像质量（接近光学显微镜）的优势而备受关注 。 STAMP的主要原理是通过使用时间映射装置（TMD）和空间映射装置（SMD）将时间和空间信息映射成线性啁啾激光脉冲 。 图18A显示了25帧SF-STAMP配置 ， 这是STAMP系统的最高帧数 。 捕获了具有亚皮秒时间分辨率的Ge2Sb2Te5(GST)晶体到非晶相变的超快2D突发图像 ， 如图18B所示 。 与潜望镜阵列相比 ， DOE可以在制造仍然复杂的情况下实现更大的帧数 。 此外 ， 还设计了一个分支4f系统 ， 采用切片镜作为光谱切片器 ， 在保持像素分辨率的同时增加帧数 。
图18 时序全光学映射摄影(STAMP):(A) STAMP光学原理图;(B)使用STAMP对等离子体动力学进行连续成像 。
4.6 FRAME
FRAME是另一种空间分频技术 。 超快2D视频成像首先通过具有光谱兼容性、高时间和空间分辨率的FRAME实现 。 在FRAME中 ， 帧间隔的时间尺度可以达到飞秒级 。 FRAME的原理图如图19A、B所示 。 FRAME编码不同的载波频率 ， 通过Ronchi光栅实现强度调制来检测子脉冲 ， 然后在后处理步骤中进行解码 。
图19 用于多次曝光成像的频率识别算法 。 (A) FRAME示意图 。 (B) FRAME的原理证明 。 (C)泵脉冲通过CS2液体传播 。 (D)聚焦激光脉冲的帧视频序列 。 泵浦光脉冲通过CS2液体传播时的重构图像序列 。
5.总结和展望
综上所述 ， 激光技术的进步带来了前所未有的高能量密度物理现象和新的理论机制 ， 推动了ICF、激光加速器、激光先进制造等领域的进步 ， 并使高功率激光与材料相互作用的理论研究越来越有吸引力 。 各种不同应用的超快成像技术正在迅速发展 ， 以帮助研究人员观察和理解这些瞬态现象 。 本文的重点是回顾三种常用的超快成像方法的原理和应用 ， 包括泵探头、X射线诊断技术和单次光学脉冲成像 。 损害阈值以上的过程是主要焦点 。 每种超快成像技术都有其自身的优点和局限性 。 例如 ， X射线的穿透性有助于等离子体的内部成像 ， 但在大多数情况下 ， 超快摄影只能捕获一帧图像 ， 设备复杂且昂贵 。 在普通实验室条件下 ， 基于飞秒激光的可见光摄影相对方便 ， 但在复杂的电磁环境中 ， 信号很容易受到干扰和失真 。 表1总结了本综述中提到的几种代表性超快成像技术的分类、时间分辨率和应用 。
推荐阅读
- 南昌一起女大学生为傍上富豪引起的荒唐伦理闹剧
- 2021年，山东一起女大学生与男老板合租，引发的荒唐伦理闹剧
- 零下196℃的液氮到底有多可怕？与人接触后的变化让人惊讶
- 案例：2021年，江苏一桩中年男子与女子合租引发的伦理闹剧
- 动物中的铁浮屠金刚狼，外表坚硬，世上唯一将铁注入外骨骼的动物
- 纪实：女大避父！上海一老汉酒醉后，女儿遭殃，引发一起伦理悲剧
- 先有鸡还是先有蛋？生物学家：化石证据表明，鸡蛋比鸡更早出现
- 纪实：广东一桩荒唐不伦恋引起的伦理悲剧
- 2014年江苏泰兴一起婚外恋引发的伦理悲剧