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.
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.
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.
