《黑客帝国》慢镜头里的那些子弹，仍在不少人的脑海里飞翔，这种电影技能被称作“子弹时刻”。
《黑客帝国》里的“子弹时刻”
不过，特效始终是特效，手枪子弹在无风条件下的速度也不过每秒数百米。西安交通大学教授陈烽领导的飞秒激光微纳制造试验室，却以突破性的分辨率和帧频，真实地将光的运动进程记载了下来。
由中科院上海光学精密机械研讨所和我国光学学会主办的我国激光杂志社近来发布2019年度我国光学十大发展，陈烽团队的“紧缩超快时刻光谱成像术”（CUST）作为基础研讨类效果当选。
浅显地了解，这等所以一台每秒4万亿帧的超快相机，光谱分辨率达到了亚纳米级（1米=10的9次方纳米），改写超快成像记载。
使用CUST记载的飞秒激光直线传达、自聚焦以及反射的超快进程印象。
传统的飞秒化学技能，以间隔间隔来制造时刻间隔，尽管也能分化定格微观国际里原子、分子的快速运动，但每次“按快门”只能截取一个片段，帧数难以进步，进程复原也就大为受限。
“把时刻信息转化为空间信息的技能已达到了极限，”3月25日，陈烽在承受汹涌新闻（）记者专访时表明，“咱们必定要要找到一个新的思路。”
他找到的新思路，是以光的不同“色彩”（频率）来符号时刻信息。为此，陈烽需求一束奇特的激光，“色彩”自始至终如彩虹般改动，一次曝光就能取得进程中的一切信息。
以空间换时刻
以空间信息交换时刻信息的拍照理念，最早能够追溯到一个“无聊”辩题：马在奔驰的进程中，四蹄会否一起离地？
1878年，英国拍照师迈布里奇在赛道上拦了12根线，每根线连着一台相机的快门。这样，尽管单台相机的快门速度赶不上赛马，但奔驰的马匹会顺次触发12台相机，马蹄的运动进程由此分化出来。
迈布里奇凭这组赛马相片成为快速拍照开山祖师
不过，靠这种办法不或许无限细分下去。一切的电子器材勘探器的速度都存在一个物理学极限，称为电子学瓶颈。“电子学有许多物理效应，使得时刻分辨率不能超越纳秒水平（1秒=10的9次方纳秒=10的15次方飞秒），要到纳秒以下，只能经过光子的才能。” 陈烽介绍道。
1980年代，加州理工学院教授艾哈迈德 泽维尔（Ahmed H. Zewail）根据抽运-勘探（Pump-probe）技能提出了飞秒化学，使人们关于超快进程的研讨延伸到了飞秒标准。
泽维尔的抽运-勘探“相机”，拍下了化学反应进程
抽运-勘探的原理，能够了解为将那匹赛马换成了一束激光，让它重复跑上屡次，拦在跑道上的只要一根“线”，每次都移动纳米级其他间隔，用光速来除一下，正好对应着飞秒级其他时刻间隔。
咱们幻想把一个化学反应的进程分红100份，在一个电动平移台上，每次移动必定的细小间隔，拍照100次，就能拼接成一个时刻光谱图画。
用这种办法，人类初次像看足球慢镜头回放相同，看到了化学反应中原子和分子的运动。泽维尔凭此成为了首位取得诺贝尔奖者的阿拉伯裔科学家。
“人不能两次踏进同一条河流”
发展到今日，飞秒化学仍是依靠着相同的原理，现已呈现了技能瓶颈。
陈烽将这瓶颈归纳为两方面。
首要，便是一个事情能截取的帧数很少，或许漏掉要害的中心信息。
其次，一次一帧意为考虑要得到多少帧，就必须重复多少次一模相同的试验。抛开做试验自身的资金和时刻本钱不管，这个假定也充溢约束，在科学上是难以严厉建立的。
“人不能两次踏进同一条河流。”陈烽引用了古希腊哲学家赫拉克利特的名言。
科学上解说，便是分子或许会呈现简略的线性吸收，只吸收1个光子就被激发了，它下次或许要吸收两个光子、三个光子才激发起来，存在一个概率问题，无法确保每次都相同。
此外，假如抽运-勘探所用的激光在第一次勘探时就或许会改动、乃至损坏样本结构，那下次勘探时呈现就并非重复的成果，而是累加的成果。
“所以正常的情况下，飞秒化学大多数都用在液体，由于液体能够循环、能够弥补。”陈烽总结道。“可是固体样品就不太合适了，固体样品不同区域之间或许不均匀，必需求重复去‘打’同一个区域。”
如鸟鸣一般改动的光
当几十年的技能走到极限，陈烽拓荒了一条岔路：用频率信息转化为时刻信息，从时空改动走向时频改动。
要了解时频改动，咱们首要要知道一种名为“啁啾脉冲”的特别激光。
光是有不同的频率，对应着不同的波长。更直观一些，能够了解为不同的色彩，如红橙黄绿青蓝紫七色可见光便是频率顺次添加，波长顺次变短。
假定有一束光，自始至终，从短波到长波，从紫到红，呈现一个均匀的改动。能够幻想，把这样一束光打到物体上，必定是短波先抵达，随后长波才跟上。
这与鸟的啁啾声具有相同的频率结构：开始时频率高，结束时频率低。
“啁啾脉冲”的频率随时刻改动
2018年的诺贝尔物理学奖就与美妙的“啁啾脉冲”相关。不过，诺奖研讨处理的问题是怎么把“啁啾脉冲”先从时刻上展宽，扩大后再紧缩，将单个激光脉冲的功率扩大到超越全国际一切发电厂的总和。
同一把“金钥匙”，陈烽想到的是用它来符号时刻。
已然一束“啁啾脉冲”的“色彩”表现出先来后到的差异，那么不同色彩的光就对应着不同的时刻。例如紫光是1，蓝光是2……
“这样优点是什么？曝光一次就能记载下一切的信息。”陈烽说道。
剩余的，便是使用一种已有的紧缩感知技能，在CCD（电荷耦合器材）上紧缩空间、光谱和时刻信息，最终经过算法来解紧缩取得信息，将一幅二维的CCD图画重建成具有空间和时刻维度的多幅超快图画。
超快时刻、宽光谱地记载飞秒印象，就此成为或许。
分辨率改动认知
陈烽团队的这套设备，现在在形状上还很难说是一台“相机”。
在一个颇具规模的平台上，堆放了许多光学透镜、棱镜、光栅之类的部件，需求懂超快光学原理的人去调节。
为了让更多范畴的科研人员也能上手超快相机，陈烽团队方案将其集成到一个机箱里，外观上像是真实的相机，功用最好能经过软件操作。
“咱们测验在未来2到3年内，把它变成一个比较稳定的仪器。”他说道。这其间当然也包含许多工程问题，比方器材资料随温度改动后产生了细微的形变，该怎么处理。
每秒4万亿帧，究竟能“解锁”什么样史无前例的图画？
以陈烽自己长时刻从事的超快光子学研讨为例，用飞秒激光和资料进行相互作用后，资料或许会改动，呈现别致的特性。
比方金属资料，有些变出抗生锈的才能，有些呈现荷叶相同的超疏水现象。科学家们可依此制造标准很小的功用性外表或器材。
知其然，使其然，紧缩超快时刻光谱成像术则或许拍下其间微妙的改动进程，让咱们知其所以然。
在生物学范畴，超快相机还可用来记载神经元中电信号的传达进程等。
“咱们现在的不知道国际，一边是极点庞大的国际，一边是极点小的微观国际。而对微观国际的了解还不如对国际的了解。”陈烽说道。“很要害的是，微观的进程一般都是超快的进程。”
电子的行为乃至达到了亚飞秒、阿秒（比飞秒还要小1000倍）等级，时刻分辨率还需求进一步提高
在空间分辨率上，光学镜头能看到微米以上的结构，无法看到纳米结构。空间分辨率关于芯片等信息器材的要害性，显而易见。
陈烽以为人类关于分辨率的追求是无止境的。从本质上，分辨率令咱们正真看到不知道国际，许多技能革命从这些新翻开的细小缝隙上萌生。
