我國學者在超快復振幅光學成像方面取得進展

圖 基于壓縮感知原理的相干調制超快成像的實驗系統與探測結果。(a)CS-CMUI系統裝置圖；

(b)ITO薄膜激光燒蝕過程中的強度演化；(c)ITO薄膜激光燒蝕過程中的相位演化

　　在國家自然科學基金項目（批準號：12325408、12074121、12274139、92150301）等資助下，華東師范大學齊大龍研究員、張詩按教授團隊和中國科學院上海光學精密機械研究所朱健強研究員團隊開展合作，在單次多幅超快復振幅光學成像技術研究方面取得進展，提出強度和相位可同時連續觀測的超快光學成像新技術。相關研究成果以“基于壓縮感知原理的單次強度和相位敏感相干調制超快成像（Single-shot intensity -and phase-sensitive compressive sensing-based coherent modulation ultrafast imaging）”為題，于2024年4月24日在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letter）期刊，論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.173801。

　　超快光學成像能夠記錄納秒甚至飛秒時間尺度的瞬態過程，在物理學、化學、生物醫學、材料科學等諸多領域發揮著不可或缺的作用。同時，相位作為光場的一個重要分量，承載了許多強度成像無法揭示的獨特信息，例如能夠提供關于物體形態、折射率和厚度等細節，這些信息對于理解和分析物體的內部結構和性質至關重要。然而，傳統的超快光學成像技術通常無法同時連續獲取強度和相位信息，這嚴重限制了對超快動態過程的全面深入理解。

　　針對這一領域內公認的科學性難題，研究團隊將壓縮感知原理、相干調制成像與時空偏轉成像深度融合，提出了一種可以同時實現超快強度和相位連續定量探測的CS-CMUI（基于壓縮感知的相干調制超快成像）技術。該技術將待測動態場景的強度和相位信息加載到超快照明光場中，通過壓縮感知原理在單次曝光測量中獲取光場復振幅信息的壓縮快照，再結合深度學習與迭代計算的免訓練圖像重構算法，精確還原待測動態場景的強度和相位信息。通過對飛秒激光燒蝕動力學進行實時觀測，證實了CS-CMUI能以極高的時間分辨率和相位保真度重建出動態場景的時空復振幅演化過程。

　　本工作提出的CS-CMUI技術有望推動超快光學成像領域的快速發展，幫助研究人員從更加完整的視角洞察和分析超快動力學過程，為探索不可逆或難以重復的材料相變、等離子體動力學等提供關鍵技術支撐。