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迈向原子时间分辨的时间放大技术-中国科学
中国科学 E 辑 : 技术科学 2009 年 第 39 卷 第 12 期 : 1887 ~ 1904 SCIENCE IN CHINA PRESS 迈向原子时间分辨的时间放大技术 李景镇 深圳大学电子科学与技术学院光子工程研究所, 微纳光子信息技术重点实验室, 深圳 518060 E-mail: lijz@ 收稿日期: 2009-06-24; 接受日期: 2009-08-25 摘要 如何观测碰撞类过程、爆轰类过程、高电压放电类过程, 如何观测和研究固体中声 关键词 子和激子的衰变和迁移、光合作用的原初反应过程、原子壳层内的电子动力学行为, 这需要 时间放大 研究时间放大的理论和技术. 本文在短时间放大技术的基础上, 重点研究原子时间的光信息 变像管成像 放大机理和极高速成像技术. 变像管极高速成像的时间分辨率已达亚皮秒量级(扫描型), 成 非管成像 8 9 7 14 极高速成像 像频率已达6×10 ~5×10 fps (分幅型); 非管极高速成像能达到10 ~10 fps 的成像频率, 其高 全息相干快门 速形成机理涉及到利用光的速度、光的并行性, 利用光的振幅、位相、偏振、波长, 甚至要 光学加速 利用光子的量子特性; 电磁波和粒子波的级联系统里能够同时实现极高的时间分辨率和空间 分辨率, 能突破光频波段海森堡测不准关系的制约. 在 1981 年中国光学学会高速摄影和光子学专业 空间分辨能力的延长相比, 高速成像是观测瞬态事 委员会成立大会上, 王大珩先生认为, 高速成像技术 件(宏观的、细观的和微观的) 的时间放大技术、是人 应属快速物理范畴; 20 世纪 80 年代, 龚祖同、侯洵等 眼时间分辨能力的延长. 人眼的极限频闪时间分辨 著名专家则具体阐明了其光学属性, 提出了瞬态光 能力取决于快速事件的亮度、背景和颜色, 通常在 学的概念. 快速物理、瞬态光学和高速成像技术是从 1/50~1/5 s之间. 人们把标准电影摄影(放映)频率选 学科的不同层面所提出的概念, 是研究时间放大的 定为 24 fps, 是考虑到了人眼的视觉暂留和有效消除 理论和技术, 是要解决如何观测、探索短时间和原子 人眼的频闪效应[2~4] . 时间放大倍数通常是摄影频率 时间过程的光信息的科学问题. 表 1 列出了短时间和 和 24 fps 的比值(分幅成像), 也可以表示为人眼的平 [1] 原子时间的时间范围 . 均时间分辨极限(0.042 s)和时间分辨率的比值(扫描 与显微技术是观测微观世界的空间放大、是人眼 成像). 用成像、成像频率取代摄影、摄影频率, 更具 表 1 时间 引用格式: 李景镇. 迈向原子时间分辨的时间放大技术. 中国科学 E 辑: 技术科学, 2009, 39(12): 1887—1904 Li J Z. Time amplifying techniques towards atomic time resolution. Sci China Ser E-Tech Sci, 2009, 52(12): 3425—3446, doi:
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