A világ leggyorsabb kamerája fagyasztja az időt 10 billió képkocka/másodperc sebességgel

Mi történik, ha egy új technológia olyan pontos, hogy a jellemzési képességeinket meghaladó mértékben működik? Például az INRS-nél alkalmazott lézerek ultrarövid impulzusokat hoznak létre a femtoszekundum tartományban (10–15 s), amelyek túl rövidek a megjelenítéshez. Noha néhány mérés lehetséges, semmi sem éri el a tiszta képet - mondja Jinyang Liang, az INRS professzora és ultragyors képalkotó szakember. Kollégáival a Caltech Lihong Wang vezetésével kifejlesztették az úgynevezett T-CUP-ot: a világ leggyorsabb kameráját, amely másodpercenként tízezermilliárd (10 13) képet képes rögzíteni. Ez az új kamera szó szerint lehetővé teszi az idő lefagyasztását a jelenségek - sőt a fény - megtekintéséhez! - rendkívül lassítva.

képkockával

Az elmúlt években a nemlineáris optika és a képalkotás közötti kapcsolódási pont új és rendkívül hatékony módszerek előtt nyitotta meg kapuit a biológia és a fizika dinamikus jelenségeinek mikroszkópos elemzéséhez. De e módszerek lehetőségeinek kiaknázásához meg kell találni a módot a képek valós időben történő rögzítésére, nagyon rövid időbeli felbontással - egyetlen expozícióval.

A jelenlegi képalkotó technikák alkalmazásával az ultrarövid lézerimpulzusokkal végzett méréseket sokszor meg kell ismételni, ami bizonyos inert minták esetében megfelelő, más törékenyebbeknél lehetetlen. Például a lézerrel bevésett üveg csak egyetlen lézerimpulzust képes elviselni, és kevesebb, mint pikaszekundum marad az eredmények rögzítésére. Ilyen esetben a képalkotó technikának képesnek kell lennie a teljes folyamat valós időben történő rögzítésére.

A tömörített ultragyors fényképezés (CUP) jó kiindulópont volt számukra. Ez a módszer másodpercenként 100 milliárd képkocka mellett megközelítette a femtoszekundumos lézerek integrálásához szükséges előírásokat, de nem felelt meg azoknak. A koncepció tökéletesítése érdekében egy új T-CUP rendszert fejlesztettek ki egy femtoszekundumos csíkkamerán alapulva, amely tartalmaz olyan adatgyűjtési típust is, amelyet olyan alkalmazásokban használnak, mint a tomográfia.

"Tudtuk, hogy csak egy femtoszekundumos sávos fényképezőgép használatával a képminőség korlátozott lesz" - mondja Lihong Wang professzor, a Caltech breni professzora a mediáltechnika és az elektrotechnika professzora és a Caltech Optikai Képalkotó Laboratórium (COIL) igazgatója. "Ennek javítása érdekében felvettünk egy másik kamerát, amely statikus képet kap. A femtoszekundumos csíkkamera által megszerzett képpel kombinálva Radon-transzformációnak nevezhetjük a jó minõségû képek elérését, miközben másodpercenként tízezermilliárd képet rögzítünk. "

A valós idejű képalkotási sebesség világrekordjának megteremtésével a T-CUP egy új generációs mikroszkópot képes táplálni biomedicina, anyagtudomány és egyéb alkalmazások számára. Ez a kamera alapvető elmozdulást jelent, lehetővé téve a fény és az anyag kölcsönhatásainak páratlan időbeli felbontással történő elemzését.

Első használatakor az ultragyors kamera új utat nyitott azáltal, hogy valós időben rögzítette egyetlen femtoszekundumos lézerimpulzus időbeli fókuszálását. Ezt a folyamatot 25 képkockán rögzítették, 400 femtoszekundum időközönként, és részletezték a fényimpulzus alakját, intenzitását és dőlésszögét.

"Ez önmagában vívmány" - mondja Jinyang Liang, e munka vezető szerzője, aki a kutatás során a COIL mérnöke volt. "De már látunk lehetőségeket a sebesség akár egy kvadrillióra (10 15) növelésére. képkocka másodpercenként!" Az ilyen sebességek biztosan betekintést nyújtanak a fény és az anyag kölcsönhatásának még fel nem fedezhető titkaiba.