Realisierung ultraschneller Bildgebung von 2D bis Quasi-3D

Wissenschaftler am Beijing Institute of Technology haben eine ultraschnelle quasi-dreidimensionale Technologie entwickelt, die die Mängel fehlender Informationen in zweidimensionalen Bildern und unvollständiger Merkmale überwindet und die Analyse dreidimensionaler Eigenschaften ultraschneller Prozesse ermöglicht.

Die Studie, veröffentlicht in Internationale Zeitschrift für Extreme Manufacturingdemonstriert, wie eine dreidimensionale Merkmalsanalyse basierend auf der zweidimensionalen Informationssammlung erreicht werden kann.

Durch vertikale Polarisationsbildgebung wurden Bilder mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis, Reflexions- und Transmissionsgrad, erhalten. Durch die Gegenüberstellung zweier Gesichtspunkte konnten Phasenübergangsmechanismen erfolgreich unterschieden und die Phänomene der Plasmabeugung aufgeklärt werden.

Darüber hinaus verwendeten die rekonstruierten quasi-dreidimensionalen Bilder eine Multiplikation mit Euler-Winkeldrehungen, was eine Analyse der optischen Eigenschaften an jedem Querschnitt des Plasmas ermöglichte. Dies enthüllte die Asymmetrie der frühen Plasmakontraktion und Divergenzmorphologien im dreidimensionalen Raum.

„Diese quasi-dreidimensionale Bildgebungsmethode durchbricht die Beschränkungen der ursprünglichen Beobachtungsdimensionen und erweitert unsere Fähigkeit, ultraschnelle Prozesse umfassend zu analysieren. In Zukunft wird sie eine wichtige Rolle bei der Aufklärung der Wechselwirkung zwischen Lasern und Materie spielen.“ sagte Jiang Lan, Lehrstuhlinhaber am Beijing Institute of Technology und korrespondierender Autor der Forschung.

„Mithilfe der quasi-dreidimensionalen Bildgebungsmethode können wir die Form- und Eigenschaftsänderungen ultraschneller Prozesse im dreidimensionalen Raum analysieren“, sagte Yiling Lian, ein Ph.D. Kandidat von Jiang am Beijing Institute of Technology, der erste Autor des Papiers.

Obwohl die Erforschung laserinduzierter ultraschneller Prozesse in der Starkfeldphysik, der Fluiddynamik und der fortschrittlichen Fertigung von entscheidender Bedeutung ist, sind ultraschnelle Prozesse schwer im Detail zu verstehen, da die ungleichmäßige räumliche Verteilung eines Laserfelds bei der Interaktion mit Laserfeld eine Vielzahl von Nichtgleichgewichtsprozessen auslöst Materialien, die zu unterschiedlichen optischen Eigenschaften und einer komplexen Morphologie der angeregten Region führen.

Um tiefer in mögliche Ablationsmechanismen einzutauchen, verwendeten die Forscher die Femtosekunden-Pump-Probe-Bildgebung, um transiente optische Eigenschaften zu untersuchen. Während der Signalerfassung hatten diese Ablationsprozesse jedoch einen erheblichen Einfluss auf die optische Reaktion des Zielmaterials. Daher erwies es sich als schwierig, die individuellen Auswirkungen dieser beiden Faktoren auf das Reflexionsvermögen allein anhand der erfassten Reflexionsbilder zu unterscheiden.

Bei herkömmlichen Einzelbild-Bildgebungsverfahren werden 3D-Informationen jedoch auf eine zweidimensionale Ebene projiziert, wodurch die Entwicklung zweidimensionaler Prozesse effektiv analysiert wird. Bei starker Anregung verändern sich jedoch die Morphologie und Eigenschaften der Materie im 3D-Raum, begleitet von Störsignalen wie Brechung und Streuung.

Jiang fragte: „Könnten wir das Prinzip der binokularen Bildgebung nutzen, um eine andere Bildperspektive einzuführen?“

Jiang glaubt, dass aufgrund des ultrakurzen Maßstabs die zeitliche und räumliche Synchronisierung der beiden Perspektiven für den Erfolg des Experiments von entscheidender Bedeutung ist. Unter der Leitung von Jiang nutzte Lian orthogonal polarisiertes Licht, um gleichzeitig aus zwei Perspektiven Bilder aufzunehmen und so eine qualitativ hochwertige Signalerfassung zu erreichen. Sie integrierten die Bildmerkmale beider Blickwinkel, um eine dreidimensionale Matrix zu rekonstruieren. Sie nannten diesen Ansatz „quasi-dreidimensionale Bildgebung“.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Quasi-3D-Bildgebung nicht nur ein umfassenderes Verständnis der Plasmadynamik als frühere Bildgebungsmethoden bietet, sondern auch ein großes Potenzial für die Aufdeckung verschiedener komplexer ultraschneller Phänomene in verwandten Bereichen wie Starkfeldphysik, Fluiddynamik und Spitzentechnologie bietet Herstellung.