超高速成像是观察瞬态事件和研究其内在机制的关键工具，广泛应用于弹道学、燃烧、流体力学及生物动力学等领域。然而，传统基于图像传感器的相机，其成像速度受片上存储、读出速率、传输带宽及硬件成本限制。为突破这些瓶颈，研究人员发展了单次曝光超高速成像技术，可在一次曝光中捕获多帧序列，通过在采集过程中对时间序列图像进行编码与压缩，并借助重建算法恢复原始序列，实现了更大的视场和更深的序列帧数，有效突破了硬件带宽限制。然而，这类系统的成像速度仍受调制器件刷新率或机械组件位移速度制约。因此，同时实现超高成像速度、高时空分辨率与大序列深度仍然具有极大挑战。

    为解决上述挑战，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室、精密光谱科学与技术高等研究院张诗按教授团队开发了一种基于声光频率扫描的压缩超高速成像技术（AOFS-CUSI），为亚微秒的超高速场景提供了一种高性能瞬态成像方案，系统结构如图1所示。AOFS-CUSI利用声光可调谐滤波器的快速光谱调制能力，通过宽带光源结合声光频率扫描生成快速变化的时变光谱照明。借助其时间-光谱映射特性，动态场景的时间信息被编码到光谱中。随后，光谱数据通过随机二值掩模实现空间编码，并经光栅衍射实现光谱分散，最终由相机捕获为压缩测量数据。通过基于压缩感知的图像重建算法及光谱-时间映射方法，能够从压缩测量中恢复动态场景的原始时空信息。AOFS-CUSI可在单次拍摄中实现1.55Mfps的成像帧率、228lp/mm的空间分辨率，以及31帧的序列深度。此外，该方法无需超快激光光源，时间窗口可灵活调节，且性能稳定可靠。其出色性能通过观测光学斩波器的机械旋转、追踪微流控通道中微粒的高速运动，以及捕捉飞秒激光诱导的空化气泡动力学得以验证。

   AOFS-CUSI为观测超高速现象提供了强有力的工具，并在诸多领域展现出广阔的应用前景，例如激光手术观察与引导、细胞行为分析、流式细胞术以及超快激光加工的实时监测等。该工作发表于Photonics Research13(10), 2967-2975 (2025) 。

图1.（上）基于声光频率扫描的压缩超高速成像实验装置；（下）拍摄的飞秒激光诱导水中空化气泡的演变过程

论文原文链接：https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-13-10-2967