超快成像在研究非均勻樣品的飛秒動力學過程中具有重要的物理和化學作用。該方法基於(yu) 理解由超短激光泵浦脈衝(chong) 引起的現象，然後使用超短探測脈衝(chong) 。基於(yu) 波長或空間頻率編碼的高幀頻超快成像技術的出現是非常成功的。在最近發表在《光：科學與(yu) 應用》雜誌上的一份報告中，Chen Xie、Remi Meyer 以及一個(ge) 來自中國和法國的科學家團隊使用泵浦誘導微移植的方法，提供了一個(ge) 微弱探針脈衝(chong) 的詳細原位表征。這個(ge) 方法是非破壞性的且執行速度快，因此可以重複原位探針診斷以校準實驗條件。這項技術將使以前無法實現的成像在微米和納米尺度的超快科學領域變得可行。

概念和實驗裝置：(a) 在一個(ge) 透明介質中由成形的紅外泵浦脈衝(chong) 引起的瞬態光柵的概念。在遠場中收集由瞬態光柵衍射的探測信號。(b) 克爾誘導的瞬態光柵的周期為(wei) Λ，且相對於(yu) 探針軸傾(qing) 斜角度α。瞬態光柵的長度為(wei) 幾十微米，而樣品可以厚得多。(c) 實驗裝置設計。(d) (c)圖中虛線框內(nei) 設置的放大視圖，以顯示相互作用的光束和成像配置。在相互作用區域，光束呈平麵波結構。因此，它們(men) 聚焦在顯微鏡物鏡的後焦平麵上。中繼鏡頭以1的放大倍數在相機上成像後焦平麵。（中繼透鏡以 1 倍的放大倍數將後焦平麵成像在相機上。）顯微鏡物鏡的焦距為(wei) 3.6 mm。

超快物理學和化學

超快物理和化學中激光物質相互作用的概念是基於(yu) 具有高空間分辨率和高時間分辨率的成像。在這項工作中，Xie 和 Meyer 等人描述了一種高靈敏度的微弱探測脈衝(chong) 的原位診斷，以解決(jue) 高空間分辨率下的超快成像問題。該團隊首先推導出衍射信號並展示光學裝置，然後演示其在任何偏振配置下的功能。然後，他們(men) 通過實驗獲得了絕對泵浦-探測延遲，並使用可視化工具解決(jue) 了去除脈衝(chong) 前沿傾(qing) 斜的問題。為(wei) 了建立這個(ge) 實驗，他們(men) 使用空間光調製器在單個(ge) 泵浦光束的電介質樣品中形成了一個(ge) 雙波幹涉場，以確保兩(liang) 個(ge) 泵浦波之間的同步。在實驗裝置中，該團隊使用鈦藍寶石啁啾脈衝(chong) 放大器激光源，以 790 nm 的中心波長發送 50 個(ge) 飛秒脈衝(chong) ，以 1 KHz 的重複率對 50 次發射的信號進行積分來完成所有測量。

(a) 峰值互相關(guan) 信號是泵浦強度的函數。十字代表實驗數據，二次擬合顯示為(wei) 實線。（插圖）作為(wei) 不同泵浦強度的泵浦-探針延遲函數的互相關(guan) 信號，顯示峰值位置和形狀隨泵浦功率不變。(b) 互相關(guan) 信號。對於(yu) 泵浦和探針極化方向的四種組合，互相關(guan) 信號是泵浦-探針延遲的函數。

一種基於(yu) 克爾的瞬態光柵，適用於(yu) 所有泵浦-探針極化組合

在這項工作中，Xie 和 Meyer 等人展示了如何從(cong) 電子克爾效應（一種材料的折射率因施加的電場而發生變化的現象）中產(chan) 生泵浦誘導的微光柵，以提供微弱探測脈衝(chong) 的詳細原位表征。科學家們(men) 驗證了測量的衍射信號，並證明了所有輸入泵浦和探針偏振組合的測量結果的有效性。他們(men) 首先報道了該技術的有效性，然後是探測脈衝(chong) 的優(you) 化。然後，他們(men) 優(you) 化了探測脈衝(chong) 的持續時間來描述兩(liang) 種偏振，並表明該方法對於(yu) 檢測泵浦光束和探測光束光程中的光譜相位差是非常有用的。

泵浦-探針延遲隨樣本平移改變。(a) 在藍寶石中TG信號隨樣品位置的變化（從(cong) 0 到 200 μm）。(b) TG 信號的重心與(yu) 樣品位移的函數關(guan) 係；實驗數據與(yu) 模型非常吻合。誤差棒起因於(yu) 重心的確定精度，與(yu) 延遲線的定位精度有關(guan) 。

角色散的可視化。(a) 瞬態光柵對角度分散探測脈衝(chong) 的衍射概念。瞬態光柵在泵浦-探頭延遲處有效地對啁啾脈衝(chong) 進行采樣，並對相應的子脈衝(chong) 在ROI（感興(xing) 趣區域）上進行一級衍射。(b) 典型的實驗結果。衍射信號在y方向上的延遲和偏離角的函數。

同步的空間限製

在實驗過程中，Xie 和 Meyer 等人定義(yi) 了泵浦和探測脈衝(chong) 的同步標準，用於(yu) 精確定位樣品中焦點的位置，並將泵浦和探針之間的相互作用區域定位到幾十微米。實驗的強大定位使他們(men) 能夠檢索群速度差異對泵浦-探針同步的影響。探測脈衝(chong) 會(hui) 產(chan) 生脈衝(chong) 前沿傾(qing) 斜，這會(hui) 限製超快成像實驗。為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，Xie 和 Meyer 等人通過使用兩(liang) 個(ge) 完全平行的棱鏡組成無像差棱鏡壓縮器，盡管平行度在實驗上可能會(hui) 偏離幾個(ge) 毫弧度。這種偏差對探測脈衝(chong) 有很大的影響。因此，該團隊使用瞬態光柵來直觀顯示脈衝(chong) 前沿傾(qing) 斜，然後通過準確調整壓縮器棱鏡之間的平行度來有效解決(jue) 這個(ge) 問題。這項工作表明實驗和模擬結果非常吻合。這項工作中引入的瞬態光柵診斷有助於(yu) 準確消除脈衝(chong) 前沿傾(qing) 斜，即使棱鏡壓縮器的偏離角發生微弱變化。

脈衝(chong) 與(yu) 角色散和時間色散的互相關(guan) 。每個(ge) 軌跡表示任意單位的衍射效率，是延遲（縱軸）和空間方向ky(橫軸，ky =[−1.03；1.03]μm−1)。左表顯示了 15 種不同的時間啁啾 ϕ2 和角色散組合的實驗結果。通過棱鏡角度失配對角色散進行了數值表征。二階相位 φ2 的值已通過棱鏡壓縮器中插入的棱鏡來表征（第一行 3 毫米，第二行 2 毫米，最後一行 0 毫米。後者是最佳脈衝(chong) 壓縮的位置）。對於(yu) 每條軌跡，水平軸刻度已使用角色散係數轉換為(wei) 波長。當角色散被移除時（中心柱），所有波長都有相同的方向 ky。在這種情況下，光斑的橫向寬度僅(jin) 由高斯光束的大小決(jue) 定。為(wei) 了顯示結果的一致性，最右邊的一欄顯示了三種情況（A、B、C），其中瞬態光柵衍射效率的解析公式是利用ZEMAX模擬的偏置棱鏡壓縮機的參數提取的。

前景

通過這種方式，Chen Xie、Remi Meyer 及其同事設計了一種極其局部化的原位診斷方法，以實現弱探測脈衝(chong) 與(yu) 高強度泵浦的表征和同步。這種診斷方法對於(yu) 不同的泵浦-探針交叉幾何形狀具有高度的靈活性，以表征探針脈衝(chong) 。該技術也適用於(yu) 各種脈衝(chong) 持續時間，甚至在存在球麵像差的情況下也適用，並且廣泛適用於(yu) 大多數超快成像和泵浦-探頭實驗。研究結果具有多種應用，可用於(yu) 確定微米尺度的瞬態現象以及了解凝聚態物質中激光與(yu) 物質的相互作用。