近日，中國科學院上海光機所高功率激光物理聯合實驗室在單次超快動力學診斷方面取得研究進展，相關研究成果以“Single－shot spatiotemporal plasma density diagnosis using an arbitrary time－wavelength－encoded biprism interferometer”為題發表于Optics and Lasers in Engineering。
超快動力學現象在光化學、自旋電子學、等離子體物理、激光加工等領域廣泛的存在，超快動力學診斷技術是可視化超快動力學現象演化過程的重要工具，可以用于定量研究超快演化過程的機制，揭示超快演化過程的原理，在超快演化過程調控中可以實現定量反饋的作用。然而，目前的單次超快動力學診斷技術很難同時兼顧高時空分辨率、高序列深度、時間窗口獨立可調、無需參考臂等優點。
在這項工作中，研究人員提出了時間波長編碼的雙棱鏡干涉儀（TWEBI），其原理是通過級聯不同相位匹配角的非線性晶體產生波長編碼的探針光，利用二維衍射光學元件（DOE）和窄帶通干涉濾光片（IBPF）實現波長空間復用，利用即插即用的雙棱鏡干涉儀實現陰影記錄模式和相位測量模式的按需切換。實驗在神光II飛秒數拍瓦的光參量啁啾脈沖放大的前端上進行的，在實驗中TWEBI裝置實現了4um的空間分辨率、200 fs的時間分辨率、序列深度為12、有效幀率可達5 Tfps、時間窗口可以從亞皮秒到1．86 ns任意可調。用TWEBI裝置對激光誘導空氣成絲的動力學過程進行陰影記錄和密度測量，相關實驗結果證明了該方法的可行性。本項工作為診斷復雜的瞬態動力學提供了一個潛在的解決方案，這將有助于我們進一步理解、調控、應用這些超快現象。
相關工作得到了國家自然科學基金、中國科學院基金、上海市科學技術委員會基金、科技部基金的支持。
圖1 （a）TWEBI實驗裝置；（b）探針光光譜圖；（c）探針光時域振幅和相位圖；（d）成像系統空間分辨率圖
圖2 （a）激光誘導空氣成絲陰影圖；（b）子光斑中心波長圖；（c）激光誘導成絲相位和振幅圖；（d）重建的等離子體密度分布圖
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