近日，中國科學(xué)院上海光機所高功率激光物理聯(lián)合實驗室在單次超快動力學(xué)診斷方面取得研究進展，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，超快動力學(xué)診斷技術(shù)是可視化超快動力學(xué)現(xiàn)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(diào)控中可以實現(xiàn)定量反饋的作用。然而，目前的單次超快動力學(xué)診斷技術(shù)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(diào)、無需參考臂等優(yōu)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(lián)不同相位匹配角的非線性晶體產(chǎn)生波長編碼的探針光，利用二維衍射光學(xué)元件（DOE）和窄帶通干涉濾光片（IBPF）實現(xiàn)波長空間復(fù)用，利用即插即用的雙棱鏡干涉儀實現(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(diào)。用TWEBI裝置對激光誘導(dǎo)空氣成絲的動力學(xué)過程進行陰影記錄和密度測量，相關(guān)實驗結(jié)果證明了該方法的可行性。本項工作為診斷復(fù)雜的瞬態(tài)動力學(xué)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(diào)控、應(yīng)用這些超快現(xiàn)象。

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基金、上海市科學(xué)技術(shù)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(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