国家重大科研装备研制项目“高性能条纹相机的研制”顺利通过验收——

标注时空成像新速度

图为5200皮秒条纹变像管。

图为大动态范围条纹相机。

图为飞秒条纹相机。 本报记者 郭静原摄

按下快门，依靠高速摄像机每秒几百幅画面的拍摄速率，能够慢镜头回放激烈的体育赛事，看清运动员一呼一吸间的动作差异。而在这瞬息万变的世界里，人类所能观察到的景象还不仅如此

近日，由中国科学院西安光学与精密机械研究所承担的国家重大科研装备研制项目——“高性能条纹相机的研制”顺利通过验收，标志着我国具有自主知识产权的高性能条纹相机进入实用化水平，对于实现超快诊断相关技术与精密测量仪器的自主研制生产，满足国家重大工程、国家战略高技术及前沿科学领域的需求具有极其重要的战略性推动作用。

窥探微观世界瞬息万变

条纹相机是同时具备超高时间分辨与高空间分辨的唯一高端科学测量与诊断仪器——它把时间到来的先后顺序转换成空间进行判断，根据空间位置窥探瞬态过程

人类在追求突破“衍射极限”（指一个理想点物经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点）空间分辨的同时，也在不遗余力地追求能够实现“分子电影”那样的时间分辨成像工具。与显微技术用来观测微观世界的空间放大，是人眼空间分辨能力的延伸类似，超高速成像则是观测瞬态事件的时间放大，是人眼时间分辨能力的延长。

所谓瞬态事件，是指持续时间小于1微秒的超快现象，这种现象广泛存在于自然或科学技术研究中。例如，植物的光合作用过程、超大规模集成电路所产生的电脉冲、半导体材料的载流子寿命、化学反应的分子动力学过程、生物材料的荧光发射、激光器产生的超短激光脉冲、强光与物质相互作用的物理过程等，多在皮秒、飞秒甚至阿秒量级范围内。

要知道，1皮秒相当于1秒／1万亿。光可在1秒钟内绕地球7圈半，而在1皮秒内只能传播0.3毫米，在1飞秒内也就能走0.3微米，还不到一根头发丝的百分之一。

“这些超快现象的研究对自然科学、能源、材料、光生物、光物理、光化学、激光技术、强光物理、高能物理等均具有重要意义。而观测、记录和分析这些现象又依赖于高时间分辨的诊断仪器。”中国科学院西安光机所所长赵卫说。

对神奇现象的研究唯快难破，中国科学院院士侯洵告诉记者，“人眼的时间分辨能力是二十四分之一秒，也就是说，任何变化快于二十四分之一秒的过程，我们眼睛是看不清楚的。事情发生后，眼睛只能看到起始情况和最终情况，不具备对中间过程的分辨能力”。

目前，性能最好的普通照相机可每秒拍摄2000张图像，但面对超快现象却束手无策。那么，运用条纹相机就能做到吗？

赵卫介绍，条纹相机是同时具备超高时间分辨（皮秒—飞秒级）与高空间分辨（微米级）的唯一高端科学测量与诊断仪器。它涉及的仪器和技术已接近物理极限，代表了当前光电诊断技术的最高水平，是实现微观和超快过程探测的必要手段。

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