Scan-less 3D microscopy based on spatiotemporal encoding on a single-cavity dual-comb laser

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作者
Wanping Lu,Zhiwei Zhu,Benjamin Willenberg,Justinas Pupeikis,C. R. Phillips,U. Keller,Shih‐Chi Chen
出处
期刊:Optics Letters [Optica Publishing Group]
卷期号:49 (7): 1766-1766 被引量:3
标识
DOI:10.1364/ol.507661
摘要

Dual-comb microscopy enables high-speed and high-precision optical sampling by simultaneously extracting both amplitude and phase information from the interference signals with frequency division multiplexing. In this Letter, we introduce a spatiotemporal encoding approach for dual-comb microscopy that overcomes previous limitations such as mechanical scanning, low sampling efficiency, and system complexity. By employing free-space angular-chirp-enhanced delay (FACED) and a low-noise single-cavity dual-comb laser, we achieve scan-less 3D imaging with nanometer precision and a 3D distance-imaging rate of 330 Hz, restricted only by the repetition rate difference of the dual-comb laser. Specifically, the FACED unit linearly arranges the laser beam into an array. A grating subsequently disperses this array transversely into lines, facilitating ultrafast spectroscopic applications that are 1–2 orders of magnitude quicker than traditional dual-comb methods. This spatiotemporal encoding also eases the stringent conditions on various dual-comb laser parameters, such as repetition rates, coherence, and stability. Through carefully designed experiments, we demonstrate that our scan-less system can measure 3D profiles of microfabricated structures at a rate of 7 million pixels per second. Our method significantly enhances measurement speed while maintaining high precision, using a compact light source. This advancement has the potential for broad applications, including phase imaging, surface topography, distance ranging, and spectroscopy.
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