Сверхбыстрая камера снимает прозрачные объекты со скоростью 1 триллион кадров в секунду

Чуть больше года назад ученый Ли Хон Ван и его коллеги из Калифорнийского технологического института разработали самую быструю в мире камеру — устройство, способное делать 10 триллионов снимков в секунду. Она настолько быстрая, что может даже захватывать свет.

Но иногда просто быть быстрым недостаточно. Действительно, даже самая быстрая камера не может снимать то, что она не видит. С этой целью исследователи разработали новую камеру, которая может делать до 1 триллиона снимков в секунду прозрачных объектов.

Технология камеры, которая называется фазочувствительной сжатой сверхбыстрой фотографией (pCUP), позволяет снимать не только прозрачные объекты, но и более эфемерные вещи, такие как ударные волны и, возможно, даже сигналы, проходящие через нейроны.

Ван объясняет, что новая система визуализации сочетает в себе систему высокоскоростной фотографии, которую он ранее разработал, со старой технологией, фазово-контрастной микроскопией, которая была разработана, чтобы лучше визуализировать объекты, которые в основном прозрачны, например, такие как клетки.

Фазово-контрастная микроскопия, изобретенная почти 100 лет назад голландским физиком Фрицем Зернике, работает, используя преимущества того, что световые волны замедляются и ускоряются, когда они входят в различные материалы.

Например, если луч света проходит через кусок стекла, он замедляется, когда входит в стекло, а затем снова ускоряется, когда выходит. Эти изменения в скорости изменяют время волн.

С помощью некоторых оптических приемов можно отличить свет, прошедший через стекло, от света, которого там не было, и стекло, хотя и прозрачное, становится намного легче видеть.

«Что мы сделали, так это адаптировали стандартную фазово-контрастную микроскопию, чтобы она обеспечивала очень быстрое изображение, что позволяет нам изображать сверхбыстрые явления в прозрачных материалах», — говорит Ван.

Быстродействующая часть системы состоит из того, что Ван называет lossless encoding compressed ultrafast technology (LLE-CUP, сжатая сверхбыстрая технология кодирования без потерь).

В отличие от большинства других сверхбыстрых технологий видеоизображения, которые делают серию изображений последовательно, повторяя события, система LLE-CUP делает один снимок, захватывая все движение, которое происходит в течение времени, необходимого для завершения съемки.

Поскольку сделать один снимок намного быстрее, чем несколько, технология LLE-CUP способна захватывать движение, например движение самого света, которое слишком быстро, чтобы быть воспроизведенным более типичной технологией камеры.