近日，中科院西安光機所阿秒科學與技術研究中心在阿秒高時空分辨成像研究方面取得進展。相關研究成果發(fā)表在《光子學研究》（Photonics Research）上。

阿秒光源具有超短脈沖寬度、短波長、高相干性、高精度同步控制等特點，在超快成像領域具有應用潛力。當阿秒光源達到“水窗”波段，此波段內(nèi)的氧原子、氫原子對該波段X射線的吸收較弱，水對該波段X射線相對透明，而碳、氮等組成生物體的基本元素則對該波段X射線的吸收較強，可實現(xiàn)高對比度的生物樣品成像，有望推動高時空分辨生物活細胞的研究。然而，受時間-能量不確定關系約束，阿秒脈沖兼具較高的時間分辨與超寬的光譜，而后者在成像系統(tǒng)中造成大量色差。同時，阿秒脈沖通常在極紫外/軟X射線波段，缺少用于反射、聚焦、分束、合束等的高質量光學器件，這對成像系統(tǒng)帶來了較多限制。因此，實現(xiàn)阿秒成像技術，既要克服短波波段成像的困難，又要解決超寬帶光譜中不同光譜成分之間的干擾。

該團隊提出了高效的基于傅里葉變換模式映射的梯度單色化方法。這一方法可以處理復色/寬譜的衍射圖，以獲得高質量的單色衍射圖，進而采用傳統(tǒng)的相干衍射成像方法實現(xiàn)高分辨成像。該方法拓展了成像光源的適用帶寬，支持使用光譜帶寬達到140%的光源進行單發(fā)成像，并將計算時間壓縮到秒級。同時，該方法支持跨越多個倍頻程的梳狀光譜，可實現(xiàn)光通量更高的高次諧波光源的成像應用。進一步，基于這一衍射成像技術，該團隊提出了無光柵、無透鏡的光譜測量方法，降低了極紫外/X射線波段的阿秒脈沖光譜的測量難度。

上述研究邁出了突破阿秒高時空分辨成像的關鍵一步，為先進阿秒激光設施成像終端提供了技術支撐。同時，這一成果有望推動阿秒光源在激光精密加工、生物醫(yī)藥、半導體等領域的應用發(fā)展。

(a)(d)窄帶光相干衍射成像；(b)(e)寬帶光衍射圖樣直接反演結果；(c)(f)單色化方法實現(xiàn)的寬帶光相干衍射成像

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院相關項目、陜西省自然科學基礎研究計劃等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1364/PRJ.532957