光学成像作为可以记录空间、时间和光谱信息细节，在人类探索和发现未知世界奥秘扮演至关重要角色。同时获取高空间、时间和光谱分辨率的光学成像系统是目前光学成像研究领域的发展趋势，这在基础研究和应用科学领域都有非常重要的应用前景，包括生物医学成像、遥感成像、核爆炸探测等等。
然而，在现有光学成像中，超快光学成像技术只能获得空间-时间信息，高光谱成像技术只能获得空间-光谱信息，而时间分辨光谱技术只能获得光谱-时间信息。因此，目前还没有一项光学成像技术能够在单次曝光下同时获取高空间、时间和光谱信息。
为了克服当前光学成像维度上的局限性，张诗按研究员和孙真荣教授团队发展了一种如图1所示的光谱分辨压缩超快成像（HCUP）新技术（图2为其数据流图），该成像技术不但具有超快的时间分辨能力，同时还能够拍摄光谱信息。HCUP是基于压缩感知理论的计算成像方法，通过对动态目标进行空间编码、数据压缩和计算解码，最终还原出原始动态目标时间、空间和光谱信息，成像帧率可以达到5×1011帧/秒，横向和纵向空间分辨率分别为1.26线对/毫米和1.41线对/毫米，不同帧频之间光谱间隔为1.72纳米。基于该HCUP系统，研究人员首次在时间、空间和光谱维度上成功测量了啁啾皮秒激光脉冲和光致荧光动力学过程，分别如图3和图4所示。
HCUP把光学成像从传统空间-时间或者空间-光谱信息突破到空间-时间-光谱信息，为探索极端条件下新的科学现象及规律提供强有力的技术支撑，有望促进科学研究和相关产业的进一步发展。该项研究成果发表在Physical Review Letters, 124, 023902 (2020)，该论文以华东师范大学为唯一完成单位，精密光谱科学与技术国家重点实验室的博士研究生杨承帅和曹烽燕为论文共同第一作者，齐大龙副研究员和张诗按研究员为论文的共同通讯作者。
（1）HCUP示意图；（2）HCUP原理图；（3）啁啾皮秒激光脉冲时间-空间-光谱测量；（4）光致发光动力学过程时间-空间-光谱测量。其中，图3和图4横坐标代表光谱，纵坐标代表时间。
