Какво се случва, когато една нова технология е толкова прецизна, че работи в мащаб, надхвърлящ нашите възможности за характеризиране? Например лазерите, използвани в INRS, произвеждат ултракоротки импулси във фемтосекундния диапазон (10 -15 s), които са твърде кратки, за да се визуализират. Въпреки че са възможни някои измервания, нищо не може да надхвърли ясния образ, казва професорът от INRS и специалистът по ултрабързи изображения Джинянг Лианг. Той и колегите му, водени от Lihong Wang от Caltech, разработиха това, което те наричат ​​T-CUP: най-бързата камера в света, способна да улови десет трилиона (10 13) кадъра в секунда. Тази нова камера буквално позволява да се замрази времето, за да се видят явления - и дори светлина! - в изключително бавно движение.

камера

През последните години връзката между иновациите в нелинейната оптика и изображенията отвори врати за нови и високоефективни методи за микроскопичен анализ на динамични явления в биологията и физиката. Но за да се използва потенциалът на тези методи, трябва да има начин за записване на изображения в реално време с много кратка временна разделителна способност - с една експозиция.

Използвайки текущи техники за изобразяване, измерванията, направени с ултракоротки лазерни импулси, трябва да се повтарят многократно, което е подходящо за някои видове инертни проби, но невъзможно за други по-крехки. Например, гравираното с лазер стъкло може да толерира само един лазерен импулс, оставяйки по-малко от пикосекунда за улавяне на резултатите. В такъв случай техниката за изобразяване трябва да може да улови целия процес в реално време.

Компресираната ултрабърза фотография (CUP) беше добра отправна точка за тях. Със 100 милиарда кадъра в секунда този метод приближава, но не отговаря на спецификациите, необходими за интегриране на фемтосекундни лазери. За да се подобри концепцията, новата система T-CUP е разработена въз основа на фемтосекундна ивична камера, която също включва тип събиране на данни, използван в приложения като томография.

„Знаехме, че с помощта само на фемтосекундна ивична камера качеството на изображението ще бъде ограничено“, казва професор Лихонг Уанг, професор по медийно инженерство и електротехника в Калтех и директор на лабораторията за оптично изобразяване на Калтех (COIL). "Така че, за да подобрим това, добавихме още една камера, която придобива статично изображение. В комбинация с изображението, получено от фемтосекундната ивична камера, можем да използваме така наречената трансформация на Радон, за да получим висококачествени изображения, докато записваме десет трилиона кадъра в секунда. "

Поставяйки световния рекорд за скорост на изображения в реално време, T-CUP може да захранва ново поколение микроскопи за биомедицина, материалознание и други приложения. Тази камера представлява фундаментална промяна, позволяваща да се анализират взаимодействията между светлина и материя с несравнима времева разделителна способност.

Първият път, когато беше използван, ултрабързата камера проби нова почва, улавяйки времевото фокусиране на един фемтосекунден лазерен импулс в реално време. Този процес е записан в 25 кадъра, направени с интервал от 400 фемтосекунди, и подробно описва формата, интензивността и ъгъла на наклон на светлинния импулс.

„Това само по себе си е постижение“, казва Джинянг Лианг, водещият автор на тази работа, който е бил инженер в COIL, когато е било проведено изследването, „но вече виждаме възможности за увеличаване на скоростта до един квадрилион (10 15) кадри в секунда!" Подобни скорости със сигурност ще дадат представа за все още неоткриваеми тайни на взаимодействията между светлината и материята.