新攝影技術捕捉兆分之一秒瞬間 揭示物質超快演化內部結構

華東師範大學的研究團隊近日開發出一項名為「壓縮光譜時間相干調變飛秒成像（compressed spectral-temporal coherent modulation femtosecond imaging, CST-CMFI）」的新型相機技術。此技術能以單次測量，完整捕捉物體亮度和內部結構的超快演化，突破以往僅能記錄亮度變化的限制，進而研究發生在兆分之一秒內的物理現象。

過往的超快成像技術主要記錄光線強度（亮度）的變化，而 CST-CMFI 則能同時捕捉強度和相位資訊。研究團隊領導者Yao Yunhua指出，這項技術在物理、化學、生物學和材料科學領域，對於理解物質基礎特性、設計新材料及揭示生物過程奧秘，都邁進一大步。

CST-CMFI 系統透過啁啾雷射脈衝將時間與波長連結，並將散射光的資訊壓縮成單一影像。隨後，利用一個物理學啟發的神經網路處理這些壓縮數據，以重建物體隨時間演進的強度和相位，最終產生一段超快動態影片。實驗已成功追蹤水在飛秒雷射脈衝後的電漿形成，以及硒化鋅（ZnSe）中受激發載流子的行為。

Yao Yunhua強調，透過 CST-CMFI，即使在強度變化不明顯的情況下，研究人員仍能觀察到與載流子動力學相關的相位變化。這表明相位測量比強度測量更能靈敏地偵測細微的超快過程，是此方法的關鍵優勢。

未來，研究人員計畫將 CST-CMFI 應用於介面動力學和超快相變的研究。Yao Yunhua預期，這項技術還能協助提升高功率雷射技術（如用於潔淨能源研究和先進製造），並透過深入理解材料在極短時間尺度下的行為，進而開發更高效的電子產品、改良太陽能電池及更快速的裝置。研究團隊的下一步目標是將 CST-CMFI 與壓縮超快攝影技術結合，以分離捕捉光譜和時間資訊，進一步拓展應用範疇。