陳烽教授（左）正在和團(tuán)隊(duì)一起工作。 （受訪者供圖）

　　■西安報(bào)業(yè)全媒體記者 張瀟

　　“未來(lái)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，將會(huì)革命性地推進(jìn)科學(xué)進(jìn)步。比如有望搞清楚光合作用葉綠素吸收光子、光能變成化學(xué)能的過(guò)程，那么能源轉(zhuǎn)化率就會(huì)高很多。再比如，如果可以研究清楚新冠病毒在分子層面的瞬態(tài)作用機(jī)理，對(duì)于抗疫都會(huì)有幫助?！?西安交通大學(xué)陳烽教授日前接受記者采訪時(shí)表示。

　　2020年3月20日，中國(guó)激光雜志社發(fā)布了“2019中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”，西安交通大學(xué)電信學(xué)部陳烽教授團(tuán)隊(duì)的“壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)”成果入選。據(jù)悉，這是該研究團(tuán)隊(duì)繼入選“2015中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”之后第二次獲得殊榮。

　　超快過(guò)程研究的“前世今生”

　　“這種新型的‘壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)’（CUST），在幀率、幀數(shù)和精細(xì)光譜成像等方面，突破了現(xiàn)有超快成像技術(shù)的局限?！标惙槭俏靼步煌ù髮W(xué)二級(jí)教授，博士生導(dǎo)師；1999年任中國(guó)科學(xué)院瞬態(tài)光學(xué)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員和學(xué)科帶頭人，2002年任西安交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向包括：超快光子學(xué)和微納光子學(xué)、飛秒激光微納制造、激光仿生微納制造等。多年來(lái)，他在上述領(lǐng)域開(kāi)展了大量原創(chuàng)性研究，在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文200余篇，ESI高被引論文8篇，封面文章16篇。

　　人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間一般為0.1-0.4秒。當(dāng)變化過(guò)程短于0.1秒時(shí)，受眼睛時(shí)間分辨率的限制，我們就無(wú)法看清變化過(guò)程。比如要看清高速奔跑的駿馬四腳是否同時(shí)離地，就需要毫秒時(shí)間分辨能力，這就需要高速攝影技術(shù)。影片中的高速攝影，是使用高速攝像機(jī)把轉(zhuǎn)瞬即逝的快速變化過(guò)程記錄下來(lái)，并以慢動(dòng)作放映，從而可以顯示肉眼看不見(jiàn)的瞬間動(dòng)作。要想觀測(cè)超高速現(xiàn)象或超快過(guò)程，就需要更快的攝影技術(shù)，這有賴于快速探測(cè)手段和技術(shù)的革命性進(jìn)步。

　　據(jù)介紹，上世紀(jì)60年代激光的發(fā)明，推動(dòng)了超高速攝影技術(shù)的誕生和發(fā)展。1999年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授給了埃及出生的科學(xué)家艾哈邁德·澤維爾（Ahmed H.Zewail），以表彰他應(yīng)用超短激光（飛秒激光）閃光成像技術(shù)觀測(cè)到分子中的原子在化學(xué)反應(yīng)中如何運(yùn)動(dòng)，從而有助于人們理解和預(yù)期重要的化學(xué)反應(yīng)，為整個(gè)化學(xué)及其相關(guān)科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。 2001年，奧地利科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了阿秒光脈沖的產(chǎn)生，宣告超快科學(xué)進(jìn)入了阿秒時(shí)代。

　　多方面突破現(xiàn)有超快成像技術(shù)

　　一直以來(lái)，如何通過(guò)一種全新的超快成像手段，同時(shí)獲得超高時(shí)間分辨率、超高幀頻和超高光譜分辨，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)瞬態(tài)過(guò)程完整準(zhǔn)確的記錄，是超快過(guò)程研究領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問(wèn)題。

　　“1999年諾貝爾化學(xué)得獎(jiǎng)?wù)逜hmed H. Zewail基于抽運(yùn)-探測(cè)（Pump-probe）技術(shù)提出的飛秒化學(xué)，使人們對(duì)于超快過(guò)程的研究延伸到了飛秒尺度。但由于抽運(yùn)-探測(cè)（Pump-probe）技術(shù)每次只能獲取超快過(guò)程的一個(gè)片段，所以僅適于觀察穩(wěn)定且可重復(fù)的超快過(guò)程。”陳烽表示，他所在的團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)王立代博士團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種全新的“壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)”，通過(guò)單次曝光即可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬態(tài)過(guò)程的完整記錄，在幀率、幀數(shù)、和精細(xì)光譜成像等方面突破了現(xiàn)有超快成像技術(shù)的局限。

　　陳烽介紹，該技術(shù)是探索各種未知瞬態(tài)過(guò)程的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，如化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中原子的運(yùn)動(dòng)、超短激光脈沖作用材料時(shí)發(fā)生的瞬態(tài)非線性過(guò)程等。超快壓縮成像通過(guò)對(duì)飛秒激光進(jìn)行數(shù)字編碼，并在時(shí)間和光譜維度上進(jìn)行壓縮和解壓縮，從而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速度、高幀數(shù)以及高光譜分辨率。超快壓縮成像的超高幀率可以達(dá)到3.85THz（萬(wàn)億赫茲）和亞納米級(jí)超高光譜分辨率。研究人員通過(guò)這種超快壓縮成像技術(shù)，實(shí)時(shí)記錄了飛秒激光脈沖的傳播、反射以及自聚焦等持續(xù)時(shí)間達(dá)到33皮秒的超快物理過(guò)程。

　　該成果使得長(zhǎng)時(shí)間、寬光譜地記錄飛秒影像成為可能，將推動(dòng)更多涉及超快過(guò)程的極端物理、化學(xué)、材料和生物學(xué)的研究。例如，記錄超短脈沖激光作用材料時(shí)的各種瞬態(tài)非線性過(guò)程、先進(jìn)材料微結(jié)構(gòu)中的瞬態(tài)光子和聲子傳播、記錄神經(jīng)元中電信號(hào)的傳播過(guò)程等。該研究成果發(fā)表在國(guó)際頂尖物理期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。