Instantané d'imagerie en cinq dimensions avec des résolutions spatio-temporelles-spectrales. Crédit :S. Zhang, Université normale de Chine orientale.
L'imagerie optique riche en informations peut fournir des informations multidimensionnelles pour permettre l'observation et l'analyse d'une cible détectée, apportant un éclairage sur des mondes mystérieux et inconnus. Avec sa capacité à capturer des scènes dynamiques sur des échelles de temps picoseconde et même femtoseconde, l'imagerie optique multidimensionnelle ultrarapide a des applications importantes dans la détection des phénomènes ultrarapides en physique, chimie, et la biologie.
Alors que l'imagerie ultrarapide basée sur une sonde de pompe peut acquérir des informations multidimensionnelles à haute résolution, il ne peut pas capturer correctement les scènes transitoires instables ou irréversibles. Heureusement, photographie ultrarapide compressée (CUP), basé sur la détection compressée et l'imagerie par stries, surpasse l'imagerie ultrarapide traditionnelle basée sur une sonde de pompe. CUP a attiré une large attention en raison de sa haute résolution temporelle, haut débit de données, et l'acquisition monocoup. Il a été appliqué avec succès dans les études de divers phénomènes ultrarapides, comme la capture de photons ultrarapides, observation du cône de Mach optique, et la détection de dynamiques chaotiques optiques.
Pour de nombreux phénomènes ultrarapides, la distribution volumétrique spatiale et la composition spectrale de la scène dynamique sont essentielles pour observer les processus dynamiques et explorer les mécanismes potentiels. Bien que l'imagerie optique ultrarapide se soit développée rapidement et que diverses méthodes à résolution spatiale ou spectrale aient été proposées ces dernières années, jusqu'à présent aucune technique d'imagerie ultrarapide n'a pu acquérir des données spatio-temporelles-spectrales (x, oui, z, t, et λ) des informations à cinq dimensions (5D) simultanément avec un instantané.
Imagerie schématique et 5D de SV-CUP. (a) Système expérimental. (b) Schéma du principe de fonctionnement. (c) Cube de données reconstruit du mannequin 3D. (d) Sélection d'images reconstruites de mannequins 3D à des moments et des longueurs d'onde représentatifs. (e) Spectroscopie résolue en temps extraite des données de reconstruction. Crédit :Ding et al.
Comme indiqué dans Photonique avancée , une équipe internationale dirigée par Shian Zhang au State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Université normale de Chine orientale, a récemment développé et démontré expérimentalement un système CUP spectral-volumétrique (SV) qui peut simultanément capturer des informations 5D avec une seule mesure instantanée. Le SV-CUP innovant combine le temps de vol CUP (ToF-CUP) et le CUP hyperspectral (HCUP) :le ToF-CUP extrait les informations 3D spatiales et le HCUP enregistre les informations 4D spatio-temporelles-spectrales. Le complément complet des informations 5D est finalement récupéré en couplant ToF-CUP et HCUP en fonction de leur relation horodatée.
Avec des résolutions spatiales de 0,39, 0,35, et 3 mm en x, oui, et les directions z, le système peut résoudre de manière fiable une variété d'objets 3D, comme démontré expérimentalement en référence à un mannequin 3D revêtu de points quantiques. Le champ de vision est de 8,8 mm x 6,3 mm x 15 mm, qui peut être facilement ajusté en remplaçant la lentille du tube en fonction de la scène. Un intervalle de trame temporel de 2 ps et un intervalle de trame spectrale de 1,72 nm contribuent à des performances impressionnantes qui se traduisent par une imagerie 5D avec une résolution hyperspectrale et volumétrique.
Combinant l'imagerie computationnelle, détection compressée, et traitement d'images, SV-CUP fournit un nouveau schéma pour une dimensionnalité améliorée dans l'imagerie optique ultrarapide. Selon Zhang, « SV-CUP promet de nouvelles perspectives pour la recherche sur les phénomènes ultrarapides en physique et en biochimie. »
