飞秒激光加工技术因其优于传统加工技术的高精度、高效率、低附带损伤和广泛的材料适用性，已成为精密加工的有力工具。对飞秒激光加工的超快动力学过程进行成像，对于理解其加工机理和建立相应的物理模型十分重要。目前为止，应用于飞秒激光加工过程观测最常用的超快测量技术是都是基于泵浦探测原理的。但飞秒激光加工是一个破坏性过程，因此泵浦探测技术需要采集不同延迟下不同采样位置的瞬时信息，来还原出整个动力学过程。由于受激光能量稳定性和材料表面均匀性的限制，对飞秒激光加工过程的泵浦探测测量精度难以保证。

       为了克服传统泵浦成像技术的这一局限性，张诗按课题组发展一种啁啾光谱映射超快成像技术（CSMUP），该技术采用宽带的啁啾脉冲作为照明光，采用高光谱相机进行光谱分辨的图像采集。利用啁啾脉冲的光谱-时间对应特性，从单次采集到的高光谱图像数据，提取出具有超快时间分辨的序列图像，实现单次实时超快成像，规避了基于泵浦探测成像技术对能量稳定性和材料均匀性的要求。系统能够在100ps的时间窗口单次拍摄获得25帧序列图像，成像帧率可以达到2500亿帧/秒，而且空间分辨率优于833 nm，能够实现高空间分辨超快成像。他们还利用啁啾光谱映射超快成像技术对400nm单脉冲飞秒激光激发下硅的激光烧蚀动力学开展了研究，对飞秒脉冲激发后100 ps时间窗口内硅片表面形貌进行了超快成像测量。实验中直观地观测到了飞秒激光作用下，硅片表面的融化、材料喷发等过程，实验结果与已有的理论模型相吻合。

        啁啾光谱映射超快成像技术相较于现有的其他单次超快成像技术，具有造价成本较低、系统结构灵活、时间分辨及时间窗口可调、图像处理算法简单的优势。这项技术为提高飞秒激光加工的效率和精度提供了一种新的方法，也为各种超快不可逆超快现象的观测记录提供了一种高效的工具，例如应用于激光诱导表面周期条纹、激光诱导透明介质中微纳光栅、气泡形成等动力学过程的观测。通过与其他成像技术的集成，这项技术还能应用于更多的研究领域，例如三维成像和超快全息。该工作发表于ACS Photonics 8, 3, 738–744 (2021)。https://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00043.

图1：用于飞秒激光烧蚀动力学测量的啁啾光谱映射超快成像系统结构图。

图2：啁啾光谱映射超快成像系统拍摄到的400 nm飞秒激光单脉冲激发下硅表面的烧蚀动力学过程(图片尺寸53 μm × 100 μm)。