周瑶 1,2费鹏 1,2,*
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
2 高端生物医学成像省部共建重大科技基础设施,湖北 武汉 430074
显微镜的光学孔径和测量带宽的有限性限制了生物应用中的信息获取,包括在观测生物体系的精细亚细胞结构动力学过程、活体超快瞬态生物学过程,以及介观离体组织的高效三维成像等,这一问题成为多领域生物医学研究的制约因素。传统荧光显微镜的局限性促使研究人员着手探索新型荧光显微成像原理和方法。研究者们引入了人工智能手段,以提高荧光显微成像的速度和精度,从而增加信息获取的通量。本文以细胞生物学、发育生物学和肿瘤医学为视角,详细分析了在这些领域中通量限制带来的挑战。结合深度学习,突破了传统荧光显微成像的通量限制问题,为物理光学和图像处理领域的进一步发展提供了契机。这一创新助力于生物医学研究的推进,使科学家能够更全面、深入地理解生命和健康领域的复杂现象。因此,本研究不仅对生物医学领域具有重要意义,而且为未来的研究和应用提供了崭新的可能性。
荧光显微 深度学习 超分辨成像 超快成像 高通量成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(16): 1600001
Author Affiliations
Abstract
1 The University of Tokyo, Department of Bioengineering, Tokyo, Japan
2 The University of Tokyo, Department of Precision Engineering, Tokyo, Japan
3 The University of Tokyo, Medical Device Development and Regulation Research Center, Tokyo, Japan
4 Saitama University, Department of Electronics and Information Sciences, Saitama, Japan
Spatiotemporal shaping of ultrashort pulses is pivotal for various technologies, such as burst laser ablation and ultrafast imaging. However, the difficulty of pulse stretching to subnanosecond intervals and independent control of the spatial profile for each pulse limit their advancement. We present a pulse manipulation technique for producing spectrally separated GHz burst pulses from a single ultrashort pulse, where each pulse is spatially shapable. We demonstrated the production of pulse trains at intervals of 0.1 to 3 ns in the 800- and 400-nm wavelength bands and applied them to ultrafast single-shot transmission spectroscopic imaging (4 Gfps) of laser ablation dynamics with two-color sequentially timed all-optical mapping photography. Furthermore, we demonstrated the production of pulse trains containing a shifted or dual-peak pulse as examples of individual spatial shaping of GHz burst pulses. Our proposed technique brings unprecedented spatiotemporal manipulation of GHz burst pulses, which can be useful for a wide range of laser applications.
pulse stretching spatiotemporal shaping ultrashort pulse trains ultrafast imaging burst laser ablation transmission spectroscopic imaging 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016002
作者单位
摘要
五邑大学 智能制造学部, 广东 江门 529000
在超快时间尺度上以二维空间分辨率揭示激光脉冲在光刻胶之间的运动过程,将有助于了解激光加工过程和优化加工工艺。然而现有记录激光脉冲在光刻胶中运动过程的成像技术都存在需要多次重复拍摄或时间分辨率受限等问题。为了克服这些问题,通过使用压缩超快摄影来观测光刻胶中激光脉冲的运动。实验结果表明,搭建的实验系统能以1.54×1011fps的帧率,单次成像数百帧的图像序列深度,实时观测到这一不可重复的超快事件。
超快成像 压缩感知技术 飞秒激光脉冲 光刻胶 ultrafast imaging compressed sensing technique femtosecond laser pulse photoresist 
光学技术
2023, 49(3): 264
Author Affiliations
Abstract
1 ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC, Dolní Břežany, Czech Republic
2 Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague, Prague, Czech Republic
An optical probing of laser–plasma interactions can provide time-resolved measurements of plasma density; however, single-shot and multi-frame probing capabilities generally rely on complex setups with limited flexibility. We have demonstrated a new method for temporal resolution of the rapid dynamics ( $\sim 170$ fs) of plasma evolution within a single laser shot based on the generation of several consecutive probe pulses from a single beta barium borate-based optical parametric amplifier using a fraction of the driver pulse with the possibility to adjust the central wavelengths and delays of particular pulses by optical delay lines. The flexibility and scalability of the proposed experimental technique are presented and discussed.
off-harmonic optical probing plasma diagnostics ultrafast imaging 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e45
朱启凡 1,2蔡懿 1,2曾选科 1,2龙虎 1,2[ ... ]陆小微 1,2,**
作者单位
摘要
1 深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市微纳光子信息技术重点实验室,深圳 518060
2 深圳大学 物理与光电工程学院 光电子器件与系统教育部与广东省重点实验室,深圳 518060
现有极高速成像系统存在元件复杂、系统庞大以及视场受限的问题。基于螳螂虾小眼和复眼结构提出一种结构紧凑的极高速成像方法,可应用于多种视场和时间范围。仿生极高速成像仿生微绒毛阵列结构,以条纹结构光照明和空间角分复用为基础,实现图像的压缩和瞬态事件时序图像的重现。仿生螳螂虾小眼结构,可以实现视场极高速成像;而复眼系统结构上有小眼系统拼接组成,可以突破限制现大视场极高速成像。时间延迟结构与照明成像光路分离,可以实现飞秒至皮秒时间尺度的瞬态事件记录。因此,仿生多视场极高速成像理论上可以应用于各种视场的成像,仿真实验的摄影频率可以达到1.2×1013 帧/s,还原图像分辨率可以达到80.6 lp/mm。仿生极高速成像为大范围、群体性瞬态事件的探测提供了可能,例如光在散射介质中的传播、随机运动等,并且其结构紧凑,为极高速成像仪器的小型化、轻量化打下基础。
成像系统 极高速成像 仿生复眼和小眼 结构光照明 空间角分复用 Imaging systems Ultrafast imaging Bionic compound and ommatidium Structured light illumination Spatial angular division multiplexing 
光子学报
2023, 52(1): 0111001
作者单位
摘要
深圳大学物理与光电工程学院,广东 深圳 518060
在现有单次测量极高速成像方法中,直接成像方法的分辨率高但探测系统复杂,而计算成像方法探测系统简单但易损失空间分辨率。因此,提出一种基于偏振编码的极高速成像技术。所提成像系统利用半波片阵列和偏振片阵列对入射飞秒脉冲、出射飞秒脉冲和动态事件进行偏振编码,并通过线性方程组解码极高速动态的时序图像。通过构建光学模型并仿真,精确还原了多幅图像,验证了所提方案的可行性,理论摄影频率在1013 frame/s以上,本征空间分辨率可达114 lp/mm。所提成像系统结合了直接成像和计算成像系统的优势:线性方程组精确求解,不会导致光学系统分辨率损失;时序图像叠加使探测结构只需分光不需要对不同时刻的图像进行空间上的分离,简化了探测器的结构。该极高速成像系统的时间分辨率仅受脉冲宽度限制,可以实现飞秒级动态事件的探测,并且随着脉冲宽度的缩短,其时间分辨率可以得到进一步提升。
成像系统 偏振编码 极高速成像 线性方程组 时序图像 飞秒脉冲 
光学学报
2022, 42(20): 2011002
谭小波 1闫欣 2易涛 3何凯 2[ ... ]庄钊文 1,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 电子科学学院,长沙 410073
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室,西安 710119
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
利用高能量纳秒激光轰击Al靶材产生的X射线作为信号源,对光折变X射线半导体响应芯片的空间性能进行实验研究。结果表明,低温生长AlGaAs芯片具备在X射线入射能量120∶1的动态范围内进行高空间分辨的大画幅成像能力,最优空间分辨率≥35 lp/mm @MTF=0.1,成像画幅可达6.7 mm×6.7 mm。该研究对于光折变X射线超快成像系统的研制具有参考意义。
光折变效应 X射线成像 超快成像 空间分辨率 动态范围 Photorefractive effect X-ray imaging Ultrafast imaging Spatial resolution Dynamic range 
光子学报
2022, 51(2): 0251215
作者单位
摘要
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 北京理工大学先进结构技术研究院, 北京 100081
设计了一款64×64面阵规格、片上集成存储器的超高速红外焦平面数字读出集成电路,将其与中波红外焦平面探测器芯片进行了互连,成功研制出超高速64×64中波红外图像传感器。实验结果表明,所研制超高速红外图像传感器的帧频达到1 MHz,存储深度为100帧,对黑体温度呈现近似线性响应,具有优于3.6 K的温度分辨率。
图像处理 超高速成像 红外成像 高速测温 红外焦平面 
光学学报
2021, 41(21): 2136001
Author Affiliations
Abstract
1 Shenzhen University, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen Key Lab of Micro-Nano Photonic Information Technology, Shenzhen, China
2 Shenzhen University, College of Electronic Information Engineering, Shenzhen, China
3 Institut National de la Recherche Scientifique, Centre Énergie Matériaux Télécommunications, Laboratory of Applied Computational Imaging, Varennes, Québec, Canada
We report a framing imaging based on noncollinear optical parametric amplification (NCOPA), named FINCOPA, which applies NCOPA for the first time to single-shot ultrafast optical imaging. In an experiment targeting a laser-induced air plasma grating, FINCOPA achieved 50 fs-resolved optical imaging with a spatial resolution of ~83 lp / mm and an effective frame rate of 10 trillion frames per second (Tfps). It has also successfully visualized an ultrafast rotating optical field with an effective frame rate of 15 Tfps. FINCOPA has simultaneously a femtosecond-level temporal resolution and frame interval and a micrometer-level spatial resolution. Combining outstanding spatial and temporal resolutions with an ultrahigh frame rate, FINCOPA will contribute to high-spatiotemporal resolution observations of ultrafast transient events, such as atomic or molecular dynamics in photonic materials, plasma physics, and laser inertial-confinement fusion.
ultrafast imaging spatiotemporal resolution frame rate noncollinear optical parametric amplification 
Advanced Photonics
2020, 2(5): 056002
作者单位
摘要
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 西安工程大学机电工程学院, 陕西 西安 710048
3 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
建立了基于飞秒激光抽运-探测原理的时间分辨阴影成像平台,直接获取了飞秒激光烧蚀石英微孔的超快过程图像。在不同能量密度、时间延迟、脉冲数量条件下,观察到随时间延迟变化的等离子体通道衰退、冲击波膨胀和微孔伸长现象。实验结果表明,所提系统有助于飞秒激光烧蚀诱导透明介质内部微纳结构的原位观察。
超快光学 飞秒现象 超快成像 微纳制造 冲击波 
中国激光
2019, 46(5): 0508020

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