Створена найшвидша у світі камера, здатна «заморозити час»
При включенні лазерної указки здається, що її промінь з’являється миттєво. Однак насправді фотони «вистрілюють» з неї приблизно так само, як це відбувається з водою, що біжить з-під крана чи з шланга, просто рухаються частинки світла настільки швидко, що людське око не в змозі помітити це рух. Група вчених з Каліфорнійського технологічного інституту (США), а також Університету Квебека (Канада) створили найшвидшу в світі камеру, здатну знімати до 10 трильйонів кадрів в секунду – достатньо для того, щоб «зупинити час» і проводити зйомку фотонів лазерного променя, рухаючогося крізь простір.
В останні роки інновації в нелінійній оптиці та візуалізації відкрили двері для нових і високоефективних методів мікроскопічного аналізу динамічних явищ в біології та фізики. Однак використання потенціалу цих методів вимагає способу запису зображень у реальному часі з дуже коротким тимчасовим дозволом — за одну експозицію.
При використанні сучасних методів візуалізації, вимірювання, проведені з допомогою надкоротких лазерних імпульсів, повинні повторюватися багато разів, що підходить для деяких типів інертних зразків, але неможливо для інших більш тендітних. Наприклад, лазерне гравіроване скло може переносити тільки один лазерний імпульс, залишаючи менше пикосекунды 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 стислій надшвидкої фотографії (CUP). При 100 млрд кадрів в секунду цей метод наближався, але не відповідав вимогам, необхідним для інтеграції фемтосекундний лазерів. Для переходу на новий рівень можливостей вчені розробили нову систему T-CUP. В її основу лягла фемтосекундная смугова камера, яка також включає в себе тип збирання даних, який використовується в таких додатках, як томографія.
«Ми знали, що з використанням тільки фемтосекундной смуговий камери якість зображення буде обмежено», — коментує Лихонг Ванг, глава лабораторії оптичної візуалізації з Каліфорнійського технологічного інституту.
«Щоб поліпшити це, ми додали ще одну камеру, яка набуває статичне зображення. У поєднанні із зображенням, отриманим камерою фемтосекундной смуги, ми можемо використовувати так зване перетворення Радона для отримання високоякісних зображень при запису десяти трильйонів кадрів в секунду».
Візуалізація в реальному часі тимчасової фокусування на фемтосекундном лазерному імпульсі зі швидкістю зйомки 2,5 трильйона кадрів в 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 дозволяє аналізувати взаємодії між світлом і речовиною при безпрецедентному тимчасовому дозволі.
Вчені не планують на цьому зупинятися:
«Це великий крок вперед, але ми вже бачимо потенціал збільшення швидкості зйомки до 1 квадрильйона кадрів в секунду», — додають вчені.
