Čo sa stane, keď je nová technológia taká presná, že funguje v rozsahu, ktorý presahuje naše popisné schopnosti? Napríklad lasery používané v INRS produkujú ultra krátke impulzy v rozmedzí femtosekúnd (10^-15 s), ktoré sú príliš krátke na vizualizáciu. Napriek tomu, niektoré merania sú aj tak možné, nič neporušuje jasný obraz, hovorí profesor INRS a odborník na ultrarýchle zobrazovanie Jinyang Liang.
On a jeho kolegovia, vedený Lihongom Wangom z Caltechu, vyvinuli to, čo nazývajú T-CUP: najrýchlejšia kamera na svete schopná zachytiť desať biliónov (10^13) snímok za sekundu (obrázok 1). Táto nová kamera doslova umožňuje zmrazenie času na zobrazenie javov - a dokonca aj svetla! - v extrémne spomalenom pohybe.
Obrázok 1. Systém pre zhotovenie triliónu znímkov za sekundu.
V posledných rokoch prepojenie medzi inováciami v nelineárnej optike a zobrazovaní otvorilo dvere pre nové a vysoko účinné metódy mikroskopickej analýzy dynamických javov v biológii a fyzike. Aby sme využili potenciál týchto metód, musí existovať spôsob, ako zaznamenať obrázky v reálnom čase pri veľmi krátkom časovom rozlíšení - v jednej expozícii.
Použitím súčasných zobrazovacích techník sa musia merania vykonané s ultrakrátkymi laserovými impulzmi opakovať mnohokrát, čo je vhodné pre niektoré typy inertných vzoriek, ale nemožno ich použiť aj pre iné krehké vzorky. Napríklad, laserom gravírované sklo môže zniesť iba jeden laserový impulz, čo necháva pre záznam výsledkov menej než pikosekundu. V takomto prípade musí byť zobrazovacia technika schopná zachytiť celý proces v reálnom čase.
Komprimovaná ultra rýchla fotografia (CUP) bola dobrým východiskovým bodom. Pri 100 miliárd snímkach za sekundu sa táto metóda priblížila, ale nesplnila, špecifikácie požadované na integráciu femtosekundových laserov. Na zlepšenie tohto konceptu bol vyvinutý nový systém T-CUP založený na femtosekundovej "streak" kamere, ktorá sa tiež používa pre zber dát v aplikáciách, ako je tomografia.
"Vedeli sme, že pomocou len femtosekundovej streakovej kamery bude kvalita obrazu obmedzená," hovorí profesor Lihong Wang, Bren profesor mediálneho inžinierstva a elektrotechniky na Caltechu a riaditeľ Caltech Optical Imaging Laboratory (COIL). "Aby sme to vylepšili, pridali sme ďalšiu kameru, ktorá získala statický obraz. V kombinácii s obrazom získaným femtosekundovou streakovou kamerou môžeme použiť takzvanú Radonovú transformáciu na získanie vysokokvalitných obrázkov pri nahrávaní desiatich biliónov snímok za sekundu."
Prinášajúc svetový rekord pre rýchlosť zobrazovania v reálnom čase, T-CUP dokáže zlepšiť novú generáciu mikroskopov pre biomedicínske, materiálové vedy a ďalšie aplikácie. Táto kamera predstavuje zásadný posun, ktorý umožňuje analyzovať interakcie medzi svetlom a hmotou pri jedinečnom časovom rozlíšení.
Pri prvom použití, ultra rýchla kamera prekonala rekord zachytením časového zaostrenia jedného femtosekundového laserového impulzu v reálnom čase (obrázok 2). Tento proces bol zaznamenaný na 25 snímkach odobratých v intervale 400 femtosekúnd a podrobne opísal tvar svetelného impulzu, jeho intenzitu a uhol sklonu.
Obrázok 2. Zobrazenie časového zaostrenia femtosekundového laserového impulzu v reálnom čase pri 2,5 Tfps.
"Je to úspech sám o sebe," hovorí Jinyang Liang, hlavný autor tejto práce, ktorý bol inžinierom v COIL, keď sa uskutočnil výskum, "ale už vidíme možnosti zvýšiť rýchlosť až na jeden kvadrillion (10^15) snímok za sekundu! "Tieto rýchlosti nám určite ponúknu náhľad na ešte nezistitené tajomstvá interakcií medzi svetlom a hmotou."
“Single-shot Real-time Femtosecond Imaging of Temporal Focusing”, Jinyang Liang, Liren Zhu, and Lihong V. Wang, Light: Science & Applications 7, 42 (2018).
Autorka tlačovej správy: Stéphanie Thibault
Zdroj: www.inrs.ca
Janci
Pjetro de
Pjetro de
Pjetro de
FeroLopata
Anonymný