T-CUP: самая быстрая в мире камера снимает 10 триллионов кадров в секунду

Новая технология сверхскоростной фотографии (T-CUP) со скоростью 10 триллионов кадров в секунду позволяет захватывать любое событие с интервалом кадра 100 фемтосекунд. Он может быть использован для изучения взаимодействия между веществом и светом с беспрецедентным временным разрешением.

Методы насоса-зонда позволяют нам фиксировать переходные процессы посредством повторных измерений. Тем не менее некоторые динамики либо не повторяются, либо трудно воссоздать. Например, ударные волны при лазерных повреждениях, рассеяние света в тканях и необратимые кристаллические химические реакции.

Даже если вы воссоздаете эти явления, они будут иметь значительные вариации выстрела и низкий уровень возникновения. Методы с насосом-зондом не смогут обеспечить приличную точность и производительность.

Чтобы преодолеть эти ограничения, в последние годы были созданы многочисленные методы однократной съемки (захвата всего процесса в режиме реального времени без воссоздания события). Они могут захватывать двухмерные переходные сцены в оптическом диапазоне со скоростью более 100 миллионов кадров в секунду.

Однако, чтобы эффективно фиксировать такие события, некоторые резкие изменения интенсивности и ширины ультракороткого лазерного импульса требуют воздействия фемтосекундного масштаба. Пока что существующие методы сверхбыстрой визуализации требуют повторения события или борьбы за достижение необходимого времени экспозиции.

Мировой рекорд скорости обработки изображений в реальном времени

Чтобы усовершенствовать эту концепцию, ученые из Исследовательского института в Квебеке, Канада, создали однократную сверхскоростную фотографию со скоростью 10 триллионов кадров в секунду (T-CUP), которая фиксирует любое событие с интервалом кадра 100 фемтосекунд. Это уменьшает количество проекций, необходимых для воссоздания высококачественного трехмерного пространственно-временного куба данных.

Качество изображения не будет лучше, если вы используете только камеру с фемтосекундной полосой. Вот почему они добавили еще одну камеру для захвата статического изображения. Затем они объединили изображения, снятые обеими камерами, и применили преобразование Радона (интегральное преобразование, используемое для восстановления более качественных изображений), чтобы получить высококачественные изображения, записывая 10 триллионов кадров в секунду.

Многочисленные переходные процессы могут не отражаться интенсивностью света. Таким образом, возможность измерения другого оптического контраста, такого как фаза и поляризация, улучшит область применения этой методологии.

В этом исследовании 4 фундаментальных оптических явления (перечисленных ниже) были отображены в режиме реального времени, и T-CUP успешно зарегистрировал пространственную фокусировку одного пикосекундного импульса.

• Луч пронесся по поверхности
• Пространственная фокусировка
• Расщепляющий
• Отражение

Когда эта камера использовалась впервые, она побила мировой рекорд, записав событие с одним фемтосекундным лазерным импульсом в режиме реального времени. Она снимала 25 кадров каждые 400 фемтосекунд и детализировала интенсивность светового импульса, форму и угол наклона.