高維光學成像對於(yu) 最大限度地提取不同光子參數攜帶的信息是必不可少的手段。獲取的高維光學數據廣泛用於(yu) 眾(zhong) 多研究領域，包括生物醫學、農(nong) 業(ye) 和電子學。作為(wei) 高維光學成像的一個(ge) 分支，單次事件時間成像對眾(zhong) 多的不可重複物理、化學過程的機製理解有重要意義(yi) 。本文介紹汪立宏（Lihong V. Wang）團隊研製的單次事件立體(ti) 偏振壓縮超快攝影係統（SP-CUP）：此係統協同結合壓縮傳(chuan) 感、條紋成像、體(ti) 視學和偏振測量方法實現單次事件時間內(nei) 被動超快成像，捕獲在皮秒時間分辨率下不可重複不斷演變的現象的五維數據（空間x、y、z；到達時間t；線偏振角ψ）。SP-CUP在高維成像中的光通量、序列深度以及時空分辨率和可擴展性方麵具有顯著優(you) 勢。
單次事件立體(ti) 偏振壓縮超快攝影係統簡介
高維光學成像對於(yu) 最大限度地提取不同光子參數攜帶的信息是必不可少的手段。獲取的高維光學數據廣泛用於(yu) 眾(zhong) 多研究領域，包括生物醫學、農(nong) 業(ye) 和電子學。作為(wei) 高維光學成像的一個(ge) 分支，單次事件時間成像對眾(zhong) 多的不可重複物理、化學過程的機製理解有重要意義(yi) 。單次事件立體(ti) 偏振壓縮超快攝影係統（SP-CUP）可捕獲在皮秒時間分辨率下不可重複不斷演變的現象的五維數據（空間x、y、z；到達時間t；線偏振角ψ），利用壓縮傳(chuan) 感、體(ti) 視學和偏振測量等方法重建被測現象過程圖像。
如上圖所示為(wei) 單次事件立體(ti) 偏振壓縮超快攝影係統裝置示意圖。SP-CUP 係統由前光學器件、雙通道生成部分、空間編碼部分和兩(liang) 個(ge) 相機組成。動態被測過程端的像首先由前光學器件成像到連接雙通道生成階段的輸入圖像平麵。前光學元件根據特定研究需求改變FOV放大倍率。
在雙通道階段，入射光由物鏡收集後由一對光闌進行采樣生成兩(liang) 個(ge) 光通道（如上圖紅藍兩(liang) 色光）。然後光通過一對相對旋轉90°的道威棱鏡。利用道威棱鏡特性旋轉兩(liang) 光通道的像。經過道威棱鏡後一對分束器將光分成兩(liang) 個(ge) 分量（如上圖b所示兩(liang) 個(ge) 方向分量）。兩(liang) 光通道反射光分量分別被透鏡聚焦再經過反射鏡和直角棱鏡調整光路形成兩(liang) 彼此旋轉180°的圖像。外部ccd將這兩(liang) 個(ge) 未經時間處理的圖像捕獲。透射分量通過相同配置元件形成對應於(yu) 反射光的兩(liang) 個(ge) 圖像。然後進入空間編碼階段。
光雙通道被分成反射分量和透射分量
空間編碼階段，透射光經過管狀透鏡和立體(ti) 鏡物鏡，將圖像中繼到數字微鏡DMD上。為(wei) 圖像編碼，利用DMD調製：DMD每一個(ge) 編碼像素會(hui) 沿表麵法線整轉 +12°（“ON”）或 –12°（“OFF”），並將入射光反射到兩(liang) 個(ge) 方向之一。用互補圖案掩膜產(chan) 生的四個(ge) 反射光束由相同的立體(ti) 鏡物鏡收集。收集到的光束通過兩(liang) 個(ge) 管透鏡，並由一對平麵鏡和一個(ge) 直角棱鏡調整光路，入射條紋相機，形成四個(ge) 水平對齊的圖像。由條紋相機捕獲時間處理的圖像數據。
DMD兩(liang) 個(ge) 像素的工作示意圖（+12°、-12°）
實際測量時，在CCD和條紋相機前加偏振片，可收集偏振信息。最終係統一次采集六個(ge) 原始信息圖像。並由這六個(ge) 原始信息圖像還原被測現象的五維數據信息。
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