超快 LS-CUP 激光相机的插图，可捕捉燃烧过程中发生的情况。

图片来源：Yogeshwar Nath Mishra 和 Peng Wang

通过用短激光束脉冲照射样品表面，可以拍摄各种化学和物理反应的序列。包括哥德堡大学研究人员在内的一个研究小组现已开发出世界上最快的单次激光相机，它至少比当今最先进的燃烧诊断设备快一千倍。这一发现对于研究碳氢化合物的闪电般快速燃烧具有重要意义。

在不同条件下燃烧的材料会发生什么变化？为了研究这个问题，研究人员使用激光相机拍摄二维层中的材料，称为 LS CUP（单次激光片压缩超快摄影）。通过从侧面观察样本，可以了解随时间和空间发生的反应和排放。研究人员使用 LS-CUP 研究了各种碳氢化合物的燃烧。

每秒 125 亿张图像

哥德堡大学的物理学家与美国和德国的同事一起开发了一种超快激光相机，它可以以每秒 125 亿张图像的创纪录速度创建视频，这至少比当今最好的相机快一千倍激光设备。这使研究人员能够以前所未有的时间分辨率来说明燃烧。

“拍摄的照片越多，我们就越能准确地追踪事件的进程。碳氢化合物燃料燃烧会产生纳米级的烟尘颗粒、各种光现象和多环芳烃 PAH，它们对环境有害，”哥德堡大学的研究人员之一 Yogeshwar Nath Mishra 说，在《光： 科学与应用》杂志上发表了一篇科学文章。

短暂的煤烟颗粒

来自碳氢化合物的烟尘颗粒占星际空间材料的 70%，也是有趣的纳米材料，可应用于电子和能源领域。煤烟颗粒和芳香烃的寿命极短，燃烧时的寿命以纳秒为单位。燃烧的特点是反应速度极快且不重复。研究燃烧需要超快的方法来捕捉图像，研究人员现在已经使用这种新型激光相机实现了这一点。

“以前，当相机被限制在每秒几百万张图像时就会出现问题。生成不同类型燃烧的二维图片需要重复的激光脉冲，这会在激光增加能量时影响燃烧温度，”Yogeshwar Nath Mishra 说。

在许多研究领域的应用

新型激光相机使用单个激光脉冲拍摄独特的照片。图像速度高达每秒 100 亿张图片，可以轻松调整以在粒子的整个生命周期内观察所有类型的激光诱导信号。应用范围远远超出燃烧研究，可广泛用于物理学、化学、生物学和医学、能源和环境研究。

参考：Yogeshwar Nath Mishra、Peng Wang、Florian J. Bauer、Yide Zhang、Dag Hanstorp、Stefan Will 的“超快纳米粒子激光动力学和火焰温度的单脉冲实时每秒十亿帧平面成像”和 Lihong V. Wang，2023 年 2 月 21 日，光：科学与应用。
DOI: 10.1038/s41377-023-01095-5