突破光学成像极限：每秒处理数万亿帧图像！

追求更高的速度并不只是运动员的专利。研究人员也可以用他们的发现实现这样的壮举。美国国家科学研究院（INRS）Jinyang Liang教授和他的团队就是如此，他们的研究成果最近发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。

该研究小组位于国家科学研究中心的能源材料电信研究中心，他们开发了一种新型超快摄像系统，每秒可捕捉高达156.3万亿幅画面，精确度令人惊叹。这是首次实现单次拍摄超快消磁的二维光学成像。

这种名为 SCARF（扫码孔径实时飞秒摄影）的新设备可以捕捉半导体中的瞬态吸收和金属合金的超快消磁。这种新方法将有助于推动现代物理学、生物学、化学、材料科学和工程学等广泛领域的知识前沿。

a.SCARF系统示意图。CCD 电荷耦合器件、G1–G2 光栅、L1–L4 透镜、M1–M2 反射镜。b.SCARF的运作情况，并附有说明性数据。

在过去的基础上不断进步

Liang教授是世界知名的超快成像先驱。2018 年，他作为主要开发者实现了该领域的重大突破，为 SCARF 的开发奠定了基础。

到目前为止，超快相机系统主要采用逐帧顺序捕捉的方法。它们通过简短、重复的测量获取数据，然后将所有数据拼凑在一起，制作成一部电影，重建观察到的运动。

Liang教授解释说："然而，这种方法只能用于惰性样品或每次都以完全相同的方式发生的现象。易碎的样品，更不用说不可重复的现象或速度超快的现象，都无法用这种方法观察到。例如，飞秒激光烧蚀、冲击波与活细胞的相互作用以及光学混沌等现象都无法用这种方法进行研究。”