来自隆德大学（Lund University）的研究团队使用双光子激光诱导荧光影像技术记录X射线的吸收进行观察和量化原子的喷雾过程。高对比度的荧光照片可以提供非常惊喜的喷雾结构的详细信息和最大程度的减少了自多个光源散射所造成的模糊。而且X射线影像则可以对液相是如何分布的进行定量。汽车交通工具，轮船和飞机的引擎中液态燃油的喷雾是很难使用常规的光照来进行可视化的观察的，这是因为成百上千的小液滴使得光在各个方向上进行散射。

实验装置的示意图

图解：一个X射线相机来探测传播的X射线，而此时CMOS相机同时记录自双光子激发源产生的荧光

喷雾过程中液体的量可以通过探测X射线穿过通过液体的量来进行测量。然而，这一办法的测量只能通过大量的同步加速器来产生X射线，而这些同步加速器在世界范围内只有少数的装置能够满足。研究人员通过发展一个桌面型的激光-等离子体加速器来产生X射线来定制产生高分辨率，时间分辨率的X射线影像来克服这一障碍。

影像的结果及其对比

在激光-等离子体加速器中，X射线的产生是通过聚焦的强烈的飞秒激光脉冲进入到气体或者预制等离子体中实现的。研究人员同时使用这些飞秒激光脉冲来实现双光子荧光影像。

来自隆德大学的研究人员发展了一个影像技术，可以提供前所未有的原子雾化的影像，原子雾化主要是指液体燃料燃烧之前的一个雾化过程。图片（自左边开始）分别为 Kristoffer Svendsen博士生，博士后研究人员Diego Guénot，燃油燃烧研究小组的负责人Edouard Berrocal，原子物理研究小组的负责人Olle Lund以及博士生Jonas Bjrklund Svensson。

尽管他们的体积比同步加速器要小，新的激光加速器产生的X射线刚好处于液体和吸收的能量范围，可以使用飞秒脉冲进行传输，并优雅的将喷雾的动态图像捕捉下来，研究人员 Olle Lundh 说到，同时，X射线通量足够高以至于可以在大面积的区域产生较好的信号。

研究人员使用一个800 mJ的激光脉冲，脉冲持续时间38 fs 来产生一个X射线光束，可以得到汽车加油嘴产生的水射流所投射的影像。高对比度的荧光影像的结果可以提供喷雾结构的详细信息，且由于散射所造成的模糊非常少，同时结合液体的质量可以从X射线影像中进行提取。

相对大的区域的双光子影像需要更高的能量，更短的激光脉冲，研究人员Edouard Berrocal说到，我们使用一个强烈的飞秒激光脉冲来产生X射线这一事实意味着我们可以同时实现X射线和双光子荧光影像，依据Berrocal的结果，同时使用这两种影像形态在较大的视场范围内进行影像观察在以前从来没有实现过。

为了测试这一技术的有效性，研究人员利用产生的X射线和在X射线相机前放置喷雾进行测试。当他们发现喷雾可以清晰采用这一方法观察到的时候，研究人员修改了实验装置并增加了2个双光子影像组件。使用这一组合的技术可以获得汽车燃油喷射器所产生的水射流喷雾的图像，且测量结果高度敏感，同时这一灵敏度是通过巨大的同步辐射X射线源所不能比拟的。

这一影像技术将使得研究喷雾会变得更加简单，不管是对科学研究还是工业应用开发均非常有用，这是因为他们将会使得实验得以实施，不仅可以在为数不多的同步加速器的设施中进行实施，也可以 通过全世界范围内的种类繁多的激光-等离子体加速器实验室中实现，研究人员Diego Guénot说到。

研究人员计划将这一技术拓展到获得喷雾过程中的3D影像中，并研究他们是如何随着时间而演变的。他们同时打算将这一技术应用到更富挑战性的喷雾中，诸如生物柴油或乙醇直喷中，以及用于燃气轮机叶片的喷雾系统中。在不久的将来，新的办法将会应用于表征喷雾和帮助科学家更好的理解液体雾化的物理本质。

这一研究成果发表在期刊《Optica》上。

文章来源：Simultaneous laser-driven x-ray and two-photon fluorescence imaging of atomizing sprays，D. Guénot, K. Svendsen, J. Bjrklund Svensson, H. Ekerfelt, A. Persson, O. Lundh, and E. Berrocal，Optica Vol. 7, Issue 2, pp. 131-134 (2020)