世界上最快的单次二维成像技术可拍摄火焰中的超快动态

蜡烛火焰和飞机发动机产生的烟尘颗粒由多环芳烃 (PAH) 作为其前体，这两种物质都对人类和环境有害。这些碳基颗粒在太空中也很常见，占星际物质的 10-12%，在电子设备和可持续能源中具有重要应用价值。然而，烟尘和 PAH 的指纹信号在火焰中的寿命非常短——仅持续几十亿分之一到几百万分之一秒。这种短暂的存在需要非常快的相机来捕捉它们在空间和时间上的行为。

目前可用的成像系统每秒只能捕捉几百万帧，而且通常需要多个激光脉冲，从而导致不必要的加热问题。传统方法也存在局限性，因为它们只能通过连续记录多个图像来捕捉可重复的事件，以拼接成完整的运动画面。这些限制使得燃烧科学的研究人员迫切地期待着一种新的工具来克服这些挑战。

在《光：科学与应用》杂志发表的一篇新论文中，加州理工学院的 Yogeshwar Nath Mishra 博士、Peng Wang 博士、Murthy S. Gudipati 博士和 Lihong V. Wang 教授与埃尔朗根弗里德里希亚历山大大学的 Florian J. Bauer 博士合作，介绍了飞秒激光片压缩超快摄影技术 (fsLS-CUP)。这项革命性的技术是世界上最快的单次平面成像相机，以前所未有的 2500 亿帧每秒 (Gfps) 的速度捕捉飞秒激光火焰动态的整个影片，比现有成像系统快 20,000 倍。

仅使用单个飞秒激光脉冲，fsLS-CUP 就可以同时、宽场、实时成像 PAH 的激光诱导荧光 (LIF)、烟尘颗粒的激光诱导加热 (LIH) 以及激光与烟尘相互作用的弹性光散射 (ELS)。

Yogeshwar Nath Mishra 博士解释说：“科学家们已经利用超快激光脉冲实时捕捉快速化学反应和激光与材料的相互作用。利用飞秒激光和条纹相机，我们开发了一种新的二维成像方法 fsLS-CUP，可以捕捉自然界中一些极快的现象。