Самая быстрая камера может "заморозить" свет

Профессор Национального научно-исследовательского института Канады Цзиньань Лян и его коллеги под руководством Лихонга Ванга разработали самую быструю камеру, которую они назвали T-CUP. Она производит 10 триллионов (10¹³) кадров в секунду. С помощью камеры можно буквально заморозить время, чтобы рассмотреть феномены — даже свет — в экстремально замедленном режиме. Работа описана в статье журнала Light: Science & Applications, кратко о ней рассказывает Naked Science.

Сочетание инноваций с нелинейной оптикой и визуализацией в последние годы открыло дверь новым высокоэффективным методам в микроскопическом анализе динамических феноменов в биологии и физике. Однако использование потенциала этих методов требует способа регистрации изображений в реальном времени на очень коротком временном разрешении за один раз.

Используя нынешние техники визуализации, измерения при помощи ультракоротких лазерных импульсов должны быть многократно повторены. Это приемлемо для некоторых типов неподвижных образцов, но невозможно для других, более хрупких. Например, стекло с лазерной гравировкой может выдержать только один лазерный импульс, оставляя меньше пикосекунды для регистрации результатов. В таком случае техника визуализации должна быть способна заснять весь процесс в реальном времени.

Сжатая сверхбыстрая фотография (compressed ultrafast photography, CUP) была отличным отправным пунктом. При 100 миллиардах кадров в секунду этот метод приближался, но не соответствовал спецификациям, необходимым для интеграции фемтосекундных лазеров. Для улучшения концепции на основе фемтосекундной камеры была разработана новая система T-CUP.

«Мы знали, что при использовании фемтосекундной камеры получим изображение с ограниченным качеством, — говорит профессор Лихонг Ванг. — Чтобы добиться лучших результатов, добавили еще одну камеру, получающую статическое изображение. Совместив его с изображением, полученным фемтосекундной камерой, мы можем использовать так называемую радонную трансформацию для получения высококачественных снимков при записи на скорости в 10 триллионов кадров в секунду».

Поставив мировой рекорд по скорости визуализации в реальном времени, T-CUP может использоваться в новом поколении микроскопов в биомедицине, материаловедении и других областях. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг в науке, позволяя анализировать взаимодействия между светом и веществом при беспрецедентном временном разрешении.