Самая быстрая камера в мире, замораживает время на скорости 10 триллионов кадров в секунду!
Дата: 12 октября 2018 г.
Источник: Национальный научно-исследовательский институт - INRS
Резюме: Исследователи разработали то, что они называют T-CUP: самой быстрой камерой в мире, способной захватывать десять триллионов кадров в секунду. Эта новая камера буквально позволяет заморозить время, чтобы увидеть явления - и даже свет! - в чрезвычайно медленном движении.
Что происходит, когда новая технология настолько точна, что она работает в масштабах, выходящих за рамки наших возможностей характеристики? Например, лазеры, используемые в INRS, создают ультракороткие импульсы в фемтосекундном диапазоне ( 10-15 с), которые слишком коротки для визуализации. Хотя некоторые измерения возможны, ничто не сравнится с четким изображением, говорит профессор INRS и специалист по сверхбыстрой визуализации Jinyang Liang. Он и его коллеги, возглавляемые Lihong Wang из Caltech, разработали то, что они называют T-CUP: самой быстрой камерой в мире, способной захватывать десять триллионов (10 13 ) кадров в секунду. Эта новая камера буквально позволяет заморозить время, чтобы увидеть явления - и даже свет! - в чрезвычайно медленном движении.
В последние годы соединение инноваций в нелинейной оптике и визуализации открыло двери для новых и высокоэффективных методов микроскопического анализа динамических явлений в биологии и физике. Но для использования потенциала этих методов должен быть способ записи изображений в реальном времени с очень коротким временным разрешением - за один раз.
Используя современные методы визуализации, измерения, проводимые с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, должны повторяться много раз, что подходит для некоторых типов инертных образцов, но невозможно для других более хрупких. Например, лазерное гравированное стекло может переносить только один лазерный импульс, оставляя меньше, чем пикосекунда, чтобы фиксировать результаты. В этом случае метод визуализации должен иметь возможность фиксировать весь процесс в реальном времени.
Сжатая сверхбыстрая фотография (CUP) была хорошей отправной точкой для них. При 100 млрд. Кадров в секунду этот метод приближался, но не соответствовал спецификациям, необходимым для интеграции фемтосекундных лазеров. Чтобы улучшить концепцию, новая система T-CUP была разработана на основе фемтосекундной полосовой камеры, которая также включает в себя тип сбора данных, используемый в таких приложениях, как томография.
«Мы знали, что с использованием только фемтосекундной линейной камеры качество изображения будет ограничено», - говорит профессор Лихун Ван, профессор Medial Engineering and Electrical Engineering в Калтех и директор лаборатории оптической визуализации Caltech (COIL). «Чтобы улучшить это, мы добавили еще одну камеру, которая приобретает статическое изображение. В сочетании с изображением, полученным камерой фемтосекундной полосы, мы можем использовать так называемое преобразование Радона для получения высококачественных изображений при записи десяти триллионов кадров в секунду. "
Установив мировой рекорд скорости изображения в реальном времени, T-CUP может подключать микроскопы нового поколения для биомедицины, материаловедения и других приложений. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг, позволяющий анализировать взаимодействия между светом и веществом при беспрецедентном временном разрешении.
В первый раз, когда он использовался, сверхбыстрая камера сломала новую землю, захватив временную фокусировку одного фемтосекундного лазерного импульса в реальном времени. Этот процесс был записан в 25 кадрах, выполненных с интервалом в 400 фемтосекунд, и детализировал форму, интенсивность и угол наклона светового импульса.
«Это само достижение», - говорит Jinyang Liang, ведущий автор этой работы, который был инженером в COIL, когда проводилось исследование, «но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (10 15 ) кадров в секунду!" Скорости, как это, несомненно, помогут понять все еще незаметные секреты взаимодействий между светом и веществом.