作为一种具有螺旋形波前结构的特殊新型光束，涡旋光束已经在光学通信、显微成像等领域得到了无数的应用。当两束具有不同拓扑荷数的涡旋光束相互叠加时，由于干涉将导致特定的空间结构分布，产生一种新的同时在相位和强度上都具有螺旋结构的光场，这种光场类似于弹簧结构，如图1(a)所示，因此被称为光学弹簧。基于光学弹簧的独特性质，利用超短激光脉冲产生的以吉赫兹或太赫兹高速旋转的光学弹簧在生物探测，量子信息甚至相对论效应研究中具有重要应用，然而受限于现有对其进行观测和表征的方法不够完善，无法通过单次探测获取其完整的时空特性，严重阻碍了超快光学弹簧在相关应用方面的研究。

        张诗按研究员带领的研究团队创新性地提出用压缩超快成像技术测量超快光学弹簧的新方法，实现了对超快光学弹簧的单次实时成像。压缩超快成像技术结合压缩感知理论和条纹成像的方法，通过对三维动态目标进行空间编码和数据压缩，再利用特定算法实现数据解码，最终还原出原始动态目标的时间和空间演化信息，具有数据压缩比高，时间分辨率高和重构帧数多的特点，实验装置系统如图1(b)所示。

        基于该系统，通过调整涡旋光束的拓扑荷数和相对延迟，实验上产生了以吉赫兹速度旋转的两瓣和四瓣结构的超快光学弹簧，同时实现了对超快光学弹簧完整时空演化过程的单次探测，测量与模拟结果如图1(c, d, e, f) 所示，最终结果证实实验测量与理论模拟结果一致，说明了压缩超快成像技术具有对复杂超快激光场的时空信息进行观测和表征的能力。相关研究成果发表于SCI CHINA PHYS MECH (2021) 64, 124212。

图1   (a) 光学弹簧结构示意图； (b) 利用压缩超快成像观测超快光学弹簧光路装置图； (c)-(f) 测得与模拟的两瓣和四瓣结构超快光学弹簧的时空演化完整过程。