Самая быстрая камера записывает летающие фотоны в реальном времени
Поскольку крошечные частицы движутся со скоростью света, потребуется специальная камера для захвата фотонов в действии, и международная группа исследователей только что создала такое устройство. Эта устройство, получившее название самой быстрой УФ-камеры в мире, способно фиксировать сверхбыстрые события, длящиеся всего лишь пикосекунду — достаточно быстро, чтобы увидеть, как УФ-фотоны летают по воздуху в реальном времени.
Устройство создано Канадским Национальным институтом научных исследований (Национальный исследовательский институт) и носит название UV-CUP (сжатая сверхбыстрая фотография).
CUP — это новая технология визуализации, которая использовалась для захвата сверхбыстрых событий со скоростью, измеряемой триллионами кадров в секунду, но до сих она пор ограничивалась видимыми длинами волн и длинами волн ближнего инфракрасного диапазона.
«Многие явления, которые происходят в очень коротких временных масштабах, также имеют место в очень маленьких пространственных масштабах», — говорит Цзиньян Лян, возглавлявший исследование.
«Чтобы увидеть их, нужно уловить более короткие волны. Выполнение этого в УФ или даже рентгеновском диапазонах — замечательный шаг к этой цели».
Чтобы добиться этого, ученым сначала пришлось разработать специальный фотокатод и интегрировать его в так называемую полосовую камеру — устройство, разработанное специально для измерения сверхбыстрых оптических явлений.
Исследователям также необходимо было разработать новый алгоритм для извлечения данных и построения из них изображения.
«Нам нужно два шага, чтобы управлять этой камерой», — объясняют специалисты.
«Во-первых, информация о переходном событии сжимается в моментальный снимок при сборе данных. Таким образом, полученный моментальный снимок похож на фотографию, сделанную обычной камерой … во-вторых, этот моментальный снимок передается в алгоритм реконструкции для получения фильма.»
Этот фильм с длительностью от пикосекунды до наносекунды можно увидеть ниже.
А вот другой вид, показывающий два фемтосекундных УФ-импульса, попадающих в камеру в разное время.
Эти визуальные эффекты УФ-импульсов, показывающие движение фотонов в реальном времени, были получены с помощью компактного устройства со скоростью обработки изображений 0,5 триллиона кадров в секунду.
Инженеры надеются улучшить свою камеру UV-CUP, исследуя альтернативные материалы для фотокатода, эффективность которого в настоящее время ограничена. Еще одна цель — повышение скорости алгоритма и построения изображений с помощью ИИ.
UV-CUP сейчас отправляется в исследовательскую лабораторию во Франции, где она будет использоваться для регистрации различных физических явлений.
Это может включать генерацию лазерной плазмы и УФ-флуоресценцию, что может помочь улучшить методы медицинской визуализации, используемые для диагностики заболеваний.
Статья с описанием исследования была опубликована в журнале Laser & Photonics Reviews.