Informatierijke optische beeldvorming kan multidimensionale informatie bieden om observatie en analyse van een gedetecteerd doelwit mogelijk te maken, bijdragen aan inzichten in mysterieuze en onbekende werelden. Met zijn vermogen om dynamische scènes vast te leggen op picoseconde - en zelfs femtoseconde - tijdschalen, ultrasnelle multidimensionale optische beeldvorming heeft belangrijke toepassingen bij de detectie van de ultrasnelle verschijnselen in de natuurkunde, scheikunde, en biologie.

Hoewel ultrasnelle beeldvorming op basis van pompsondes multidimensionale informatie met hoge resolutie kan verkrijgen, het kan onstabiele of onomkeerbare tijdelijke scènes niet adequaat vastleggen. Gelukkig, gecomprimeerde ultrasnelle fotografie (CUP), gebaseerd op gecomprimeerde detectie en streak-beeldvorming, overtreft de traditionele ultrasnelle beeldvorming op basis van een pompsonde. CUP heeft brede aandacht getrokken vanwege zijn hoge temporele resolutie, hoge gegevensdoorvoer, en single-shot acquisitie. Het is met succes toegepast in de studies van verschillende ultrasnelle verschijnselen, zoals het vastleggen van ultrasnelle fotonen, het observeren van optische Mach-kegel, en het detecteren van optische chaotische dynamiek.

Voor veel ultrasnelle verschijnselen, de ruimtelijke volumetrische distributie en spectrale samenstelling van de dynamische scène zijn van cruciaal belang voor het observeren van dynamische processen en het verkennen van mogelijke mechanismen. Hoewel ultrasnelle optische beeldvorming zich snel heeft ontwikkeld en de afgelopen jaren een verscheidenheid aan methoden met ruimtelijke of spectrale resolutie zijn voorgesteld, tot nu toe is geen enkele ultrasnelle beeldvormingstechniek in staat geweest om temporaal-ruimtelijk-spectraal (x, ja, z, t, en λ) vijfdimensionale (5D) informatie gelijktijdig met een momentopname.

Zoals gemeld in Geavanceerde fotonica , een internationaal team onder leiding van Shian Zhang van het State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Oost-Chinese Normale Universiteit, onlangs een spectraal-volumetrisch (SV) CUP-systeem ontwikkeld en experimenteel gedemonstreerd dat tegelijkertijd 5D-informatie kan vastleggen met een enkele snapshot-meting. De innovatieve SV-CUP combineert time-of-flight CUP (ToF-CUP) en hyperspectrale CUP (HCUP):de ToF-CUP extraheert de ruimtelijke 3D-informatie en de HCUP registreert de ruimtelijk-temporeel-spectrale 4D-informatie. De volledige aanvulling van 5D-informatie wordt uiteindelijk opgehaald door ToF-CUP en HCUP te koppelen volgens hun tijdgestempelde relatie.

Met ruimtelijke resoluties van 0,39, 0,35, en 3 mm in x, ja, en z richtingen, het systeem kan op betrouwbare wijze een verscheidenheid aan 3D-objecten oplossen, zoals experimenteel aangetoond met verwijzing naar een kwantum-dot-gecoate 3D-etalagepop. Het gezichtsveld is 8,8 mm x 6,3 mm x 15 mm, die gemakkelijk kan worden aangepast door de buislens te vervangen volgens de scène. Een temporeel frame-interval van 2 ps en een spectraal frame-interval van 1,72 nm dragen bij aan een indrukwekkende prestatie die resulteert in 5D-beeldvorming met hyperspectrale en volumetrische resolutie.

Het combineren van computationele beeldvorming, gecomprimeerde detectie, en beeldverwerking, SV-CUP biedt een nieuw schema voor verbeterde dimensionaliteit in ultrasnelle optische beeldvorming. Volgens Zhang, "SV-CUP belooft nieuwe inzichten voor onderzoek naar ultrasnelle fenomenen in de natuurkunde en biochemie."