近日，中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在單次超快動(dòng)力學(xué)診斷方面取得研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Single－shot spatiotemporal plasma density diagnosis using an arbitrary time－wavelength－encoded biprism interferometer”為題發(fā)表于Optics and Lasers in Engineering。

超快動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象在光化學(xué)、自旋電子學(xué)、等離子體物理、激光加工等領(lǐng)域廣泛的存在，超快動(dòng)力學(xué)診斷技術(shù)是可視化超快動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象演化過(guò)程的重要工具，可以用于定量研究超快演化過(guò)程的機(jī)制，揭示超快演化過(guò)程的原理，在超快演化過(guò)程調(diào)控中可以實(shí)現(xiàn)定量反饋的作用。然而，目前的單次超快動(dòng)力學(xué)診斷技術(shù)很難同時(shí)兼顧高時(shí)空分辨率、高序列深度、時(shí)間窗口獨(dú)立可調(diào)、無(wú)需參考臂等優(yōu)點(diǎn)。

在這項(xiàng)工作中，研究人員提出了時(shí)間波長(zhǎng)編碼的雙棱鏡干涉儀（TWEBI），其原理是通過(guò)級(jí)聯(lián)不同相位匹配角的非線性晶體產(chǎn)生波長(zhǎng)編碼的探針光，利用二維衍射光學(xué)元件（DOE）和窄帶通干涉濾光片（IBPF）實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)空間復(fù)用，利用即插即用的雙棱鏡干涉儀實(shí)現(xiàn)陰影記錄模式和相位測(cè)量模式的按需切換。實(shí)驗(yàn)在神光II飛秒數(shù)拍瓦的光參量啁啾脈沖放大的前端上進(jìn)行的，在實(shí)驗(yàn)中TWEBI裝置實(shí)現(xiàn)了4um的空間分辨率、200 fs的時(shí)間分辨率、序列深度為12、有效幀率可達(dá)5 Tfps、時(shí)間窗口可以從亞皮秒到1．86 ns任意可調(diào)。用TWEBI裝置對(duì)激光誘導(dǎo)空氣成絲的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行陰影記錄和密度測(cè)量，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性。本項(xiàng)工作為診斷復(fù)雜的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)提供了一個(gè)潛在的解決方案，這將有助于我們進(jìn)一步理解、調(diào)控、應(yīng)用這些超快現(xiàn)象。

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)基金、科技部基金的支持。

圖1 （a）TWEBI實(shí)驗(yàn)裝置；（b）探針光光譜圖；（c）探針光時(shí)域振幅和相位圖；（d）成像系統(tǒng)空間分辨率圖

圖2 （a）激光誘導(dǎo)空氣成絲陰影圖；（b）子光斑中心波長(zhǎng)圖；（c）激光誘導(dǎo)成絲相位和振幅圖；（d）重建的等離子體密度分布圖