Самая быстрая в мире ультрафиолетовая камера фиксирует летающие фотоны в реальном времени

Поскольку крошечные частицы движутся со скоростью света, потребуется серьезная машина, чтобы захватить фотоны в действии, и международная команда исследователей только что собрала одну, которая очень подходит для этой работы. Получившее название самой быстрой в мире УФ-камеры, устройство способно захватывать сверхбыстрые события продолжительностью всего в пикосекунду, достаточно быстро, чтобы увидеть, как УФ-фотоны летят по воздуху в режиме реального 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 пор ограничивалась видимыми длинами волн и длинами волн ближнего инфракрасного диапазона.

«Многие явления, происходящие в очень коротких временных масштабах, также происходят в очень малых пространственных масштабах», — говорит Цзиньян Лян, возглавлявший исследование. «Чтобы увидеть их, нужно чувствовать более короткие длины волн. Делать это в ультрафиолетовом или даже рентгеновском диапазоне-замечательный шаг к этой цели.»

Чтобы достичь этого, команда сначала должна была разработать специальный фотокатод и интегрировать его в так называемую полосовую камеру, устройство, разработанное специально для измерения сверхбыстрых оптических явлений. Команда также должна была разработать новый алгоритм, чтобы взять данные и построить из них изображение, как говорит Цзиньян Лян.

«Нам нужно два шага, чтобы управлять этой камерой», — объясняет он. «Во-первых, информация в переходном событии сжимается в виде снимка при сборе данных. Таким образом, этот полученный снимок ничем не напоминает снимок, сделанный обычной камерой… во-вторых, этот снимок подается на алгоритм реконструкции для получения фильма».

Этот фильм с длительностью от пикосекунды до наносекунды можно увидеть ниже.

А вот еще один вид, показывающий два фемтосекундных УФ-импульса, попадающих на 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.

Команда надеется 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 он 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.