观察和记录瞬态事件对于理解其基本物理原理以及实现对相关过程的控制至关重要，例如惯性约束聚变、激光与材料的相互作用、等离子体物理以及激光手术等。为了深入探究这些瞬态过程的内在机制，需要发展具备高时空分辨率的超快成像技术。尽管高速相机能够以每秒百万帧的速率记录动态过程，满足微秒量级时间尺度的观测需求，但由于芯片读出速度的限制，难以捕捉更短时间尺度上的动态场景。相比之下，分幅成像技术通过时空分割，利用多个物理或虚拟相机记录瞬态事件，能够突破相机读出速率的限制，实现更快的时间分辨率，因此成为观测超快现象的主流工具。然而，现有的光学分幅成像技术普遍存在序列深度受限、图像质量较低、时间分辨率不足或帧间隔固定等问题，这些问题制约了对超快动态过程的精确探测。    

    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时空剪切的超快分幅成像技术（ STS-UFP ），为亚纳秒的超快场景提供了一种高性能瞬态成像方案。该技术结合离散脉冲串照明与时空剪切成像的方法，系统结构如图1所示。STS-UFP采用基于频谱穿梭的脉冲串产生装置生成照明脉冲串，该装置能够灵活调节子脉冲的数量及时间间隔，从而控制成像的序列深度和时间窗口，实现对超快动态场景的离散采样。同时，脉冲串中的子脉冲具有超短的持续时间，能够对动态场景进行精确的时间切片，避免因时空混叠而造成的模糊现象。条纹相机通过时空剪切记录动态场景，将不同时间瞬间的图像重分配至不同的空间位置。此外系统引入了空间切片装置，有效优化了成像序列深度与视场高度之间的权衡，提高了系统的综合成像性能。

    STS-UFP 实现了高保真分幅成像，序列深度可达 16 帧，帧间隔可在几百皮秒至纳秒范围内调节，同时保持皮秒级的曝光时间。STS-UFP被用于飞秒激光诱导水中等离子体及冲击波、飞秒激光烧蚀生物样品以及激光诱导硅表面冲击波三种超快现象的实验观测。    STS-UFP提供了一种高保真长序列的原位超快观测手段，为进一步研究超快现象的精细过程提供了有力的工具，例如探索飞秒激光烧蚀机制、优化激光加工参数以及指导激光手术等。该工作发表于Photonics Research 13, 642 (2025)。

图1.（左）基于时空剪切的超快分幅成像实验装置；（右）拍摄的激光诱导硅表面冲击波动力学过程

    论文原文链接：https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-13-3-642&id=568393