Нова камера, що здатна «заморозити час»

Нова камера здатна «заморозити час»
Система T-CUP

Група вчених з Каліфорнійського технологічного інституту (США), а також Університету Квебека (Канада) створили найшвидшу в світі камеру, здатну знімати до 10 трильйонів кадрів за секунду – цього достатньо, щоб «заморозити час» і проводити зйомку фотонів лазерного променя, що рухаються крізь простір.

При включенні лазерної указки здається, що її промінь з’являється миттєво, насправді фотони «вистрілюють» з неї приблизно так само, як це відбувається з водою, що біжить з-під крана. Ці частинки світла рухаються настільки швидко, що людське око не в змозі помітити цей рух.

В останні роки інновації в нелінійній оптиці і візуалізації відкрили двері для нових і високоефективних методів мікроскопічного аналізу динамічних явищ в біології і фізиці. Однак використання потенціалу цих методів вимагає способу запису зображень в реальному часі з дуже коротким тимчасовим розширенням за одну експозицію.

Нова камера здатна «заморозити час»
Технологія стислої надшвидкої фотографії (CUP)

При використанні сучасних методів візуалізації, вимірювання, проведені за допомогою надкоротких лазерних імпульсів, повинні повторюватися багато разів, що підходить для деяких типів інертних зразків, але неможливе для інших більш тендітних. Наприклад, лазерне гравіроване скло може переносити тільки один лазерний імпульс, залишаючи менше пікосекунди на те, щоб фіксувати результати. У цьому випадку метод візуалізації повинен мати можливість фіксувати весь процес в реальному часі.

Відправною точкою для створення неймовірної камери, яка дозволить це зробити і про яку вчені розповіли в журналі Light: Science & Applications стала технологія стислої надшвидкої фотографії (CUP). При 100 млрд кадрів за секунду цей метод наближався, але не відповідав специфікаціям, необхідним для інтеграції фемтосекундних лазерів (1 фемтосекунда=10 −15 с). Для переходу на новий рівень можливостей вчені розробили нову систему T-CUP. В її основу лягла фемтосекундна смугова камера, яка також включає в себе тип збору даних в таких додатках, як томографія.

«Ми знали, що з використанням тільки фемтосекундної смугової камери якість зображення є обмеженою, – коментує Ліхонг Ванг, глава лабораторії оптичної візуалізації з Каліфорнійського технологічного інституту. – Тому, щоб поліпшити це, ми додали ще одну камеру, яка отримує статичне зображення. У поєднанні із зображенням, отриманим камерою фемтосекундної смуги, ми можемо використовувати так зване перетворення Радону для отримання високоякісних зображень при запису десяти трильйонів кадрів за секунду».

Нова камера здатна «заморозити час»
Візуалізація в реальному часі тимчасового фокусування на фемтосекундному лазерному імпульсі зі швидкістю зйомки 2,5 трильйона кадрів за секунду

Встановивши світовий рекорд швидкості зображення в реальному часі, камера T-CUP може лягти в основу мікроскопів нового покоління для біомедицини, матеріалознавства та інших додатків. Ця камера являє собою фундаментальний зсув, що дозволить аналізувати взаємодії між світлом і речовиною при безпрецедентному тимчасовому розширенні.

Вчені не планують зупинятися на цьому: «Це великий крок вперед, але ми вже бачимо потенціал збільшення швидкості зйомки до 1 квадрильйона кадрів за секунду», – додають вони.

Нова камера здатна «заморозити час»
Вставка (чорна пунктирна коробка): детальна ілюстрація пробивної трубки. ПЗС-матричний пристрій, цифровий мікрозерметр DMD, мікроканальний планшет MCP.
Нова камера здатна «заморозити час»
Фемтосекундне відтворення тимчасового фокусування в режимі реального часу з одним кадром. Пучки променів для незрозумілого часу та зсуву з часом зображень ілюструються, використовуючи пурпурні та зелені кольори, відповідно.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*