燃烧碳氢化合物燃料会产生纳米级烟尘颗粒和多环芳烃(PAH)，这些有害排放物会影响我们的环境。碳制成的颗粒占我们星际空间的70%，火焰中的黑碳颗粒是电子设备和可持续能源应用的令人兴奋的纳米材料 - 这使得他们的研究变得重要。

在湍流火焰中，烟尘和多环芳烃的寿命极短(亚纳秒到数百纳秒)。因此，它需要超快成像方法来解析空间(2D / 3D)和时间中的燃烧。

目前最先进的平面成像系统仅限于每秒几百万帧。为了提取火焰种类的2D地图，它们还需要多个连续的激光脉冲，从而导致不希望的热问题。此外，传统的泵浦探头超快成像方法只能捕获“可重复”的过程，因为同一过程的多个图像是在不同的时间实例拍摄的，以提取时空动力学的完整图像。

因此，燃烧科学领域的研究人员长期以来一直在等待一种能够克服当前系统局限性的工具。

在《光：科学与应用》上发表的一篇新论文中，由加州理工学院的Yogeshwar Nath Mishra博士，Peng Wang博士和Lihong V. Wang教授及其来自瑞典哥德堡大学和德国埃尔兰根弗里德里希 - 亚历山大大学的合作者领导的科学家团队开发了世界上最快的平面成像相机： 激光片压缩超快摄影(LS-CUP)。

使用LS-CUP，他们以每秒12亿帧(Gfps)的创纪录成像速度捕获了激光火焰动力学的整个电影，这比当前最先进的系统至少高出三个数量级。LS-CUP仅使用一个激光脉冲，就可以对多环芳烃的激光诱导荧光、弹性光散射和烟尘颗粒的激光诱导白炽进行宽场实时成像。

本文的主要作者之一Yogeshwar Nath Mishra博士说：“激光片成像是表征二维(2D)流动和燃烧的最流行的技术之一，因为它最好在时间和空间上解析平面。使用LS-CUP，我们可以进行许多令人兴奋的研究，并使用超出MHz成像范围的单个激光脉冲实时'拍摄'快速化学反应和不可重复的火焰 - 激光相互作用。

“我们可以将其与预先存在的平面成像方法相结合，用于燃烧研究。此外，我们可以将LS-CUP应用于氢燃烧，等离子体辅助燃烧和金属粉末燃烧的实时观察 - 这是该领域最近的一些热门话题。温度是许多热力学系统中的关键特性，据我们所知，我们已经报告了其最快的宽场测量。

这项工作的另一位主要贡献者Peng Wang博士说：“LS-CUP是完美的：它是单次的，只需要一个激光脉冲，具有宽视野，并且可以很容易地适应观察各种激光诱导信号在烟尘颗粒的整个生命周期内。我们从快速动力学中提取了关键参数，例如PAH分子的荧光寿命，烟尘纳米颗粒尺寸和团簇尺寸，颗粒温度等。

“一般来说，LS-CUP使我们能够从全新的独特角度研究极快的现象。我们的技术远远超出了燃烧研究，在物理、化学、生物学和医学、能源和环境研究中的应用非常广泛。捕捉超快现象的能力代表了我们人类技术发展的一个重要指标，这也是由各个领域的科学家和工程师的好奇心和需求驱动的。