Najszybsza na świecie kamera UV działa z szybkością 500 miliardów klatek na sekundę

0
529

Naukowcy projektują najszybszą na świecie kamerę UV – rejestrującą fotony w zakresie ultrafioletu w czasie rzeczywistym.

Zespół profesora Jinyanga Lianga, specjalisty od ultraszybkiego obrazowania z Institut national de la recherche scientifique (INRS), we współpracy z międzynarodowym zespołem naukowców, opracował najszybszą na świecie kamerę zdolną do rejestrowania fotonów w ultrafiolecie (UV ) w czasie rzeczywistym. To oryginalne badanie znajduje się na okładce 10. numeru czasopisma Laser & Photonics Reviews.

Skompresowana ultraszybka fotografia (CUP) rejestruje cały proces w czasie rzeczywistym i niezrównanej rozdzielczości za jednym kliknięciem. Informacje przestrzenne i czasowe są najpierw kompresowane do obrazu, a następnie, przy użyciu algorytmu rekonstrukcji, konwertowane na wideo.

johannesfloe.com – Art to remember

Wizerunek artystyczny jednostrzałowego UV-CUP, który znalazł się na okładce 10. numeru czasopisma Laser & Photonics Reviews.

Opracowanie kompaktowego instrumentu do UV

Do tej pory technika ta była ograniczona do fal widzialnych i bliskiej podczerwieni, a więc do określonej kategorii zdarzeń fizycznych. „Wiele zjawisk zachodzących w bardzo krótkich skalach czasowych zachodzi również w bardzo małej skali przestrzennej. Aby je zobaczyć, musisz wyczuć krótsze fale. Wykonanie tego w zakresie UV, a nawet promieniowania rentgenowskiego, jest niezwykłym krokiem w kierunku osiągnięcia tego celu ”- mówi Jinyang Liang, który kierował badaniem.

Aby nagrywać w tym nowym zakresie długości fal i opracować technikę w przyjazny dla użytkownika produkt, naukowcy zaprojektowali kompaktowy system UV-CUP z Christian-Yves Côté z Axis Photonique Inc. w ramach współpracy środowiska akademickiego i przemysłowego.

Nowy system posiada wzorzystą fotokatodę, która służy do jednoczesnego wykrywania i kodowania „czarnego światła”.

Podobnie jak w przypadku standardowego aparatu, nasza technologia jest pasywna. Nie wytwarza światła; otrzymuje to. Dlatego nasza fotokatoda musiała być wrażliwa na fotony emitowane w postaci światła UV. Ten projekt sprawia, że nasza technika jest samodzielnym systemem, który można łatwo zintegrować z różnymi platformami eksperymentalnymi”- mówi Jinyang Liang, który przyczynia się do rozwoju CUP od czasu uzyskania doktoratu.

Liang współpracował z François Légaré, również profesorem INRS, przy generowaniu i wykonywaniu obrazów impulsów UV w laboratorium Advanced Laser Light Source (ALLS). „Wyjątkowe środowisko badawcze w Centrum Badawczym Énergie Matériaux Télécommunications w INRS jest bardzo pomocne. Jest o wiele bardziej wydajne, gdy wszystkie niezbędne możliwości projektowania, produkcji i charakteryzacji są dostępne w tym samym budynku”.

Czytaj: Ryś rudy wykonał ogromny skok nad wodą, wszystko zostało nagrane kamerą

Podział problemu rekonstrukcji

Zrobienie zdjęcia to dopiero pierwsza połowa pracy” – mówi Jinyang Liang. „To też musi zostać zrekonstruowane”. Aby to zrobić, naukowcy opracowali nowy algorytm, bardziej wydajny niż standardowe algorytmy, dzięki współpracy z Boston University. Siła tkwi w podziale zadań. „Zamiast rozwiązywać problem rekonstrukcji jako bryłkę, algorytm dzieli rekonstrukcję na mniejsze problemy, które rozwiązuje indywidualnie” – wyjaśnia profesor Liang.

Badacz INRS, Jinyang Liang, specjalizuje się w ultraszybkim i biofotonicznym obrazowaniu. Zdjęcie: Christian Fleury

Dzięki innowacjom zarówno w sprzęcie, jak i oprogramowaniu, UV-CUP ma prędkość obrazowania 0,5 biliona klatek na sekundę. Produkuje filmy z 1500 klatkami w dużym formacie. Jako urządzenie do obrazowania prędkości światła, UV-CUP widzi latające fotony UV w czasie rzeczywistym. „Zawsze fascynuje mnie widok najszybszego obiektu we wszechświecie z tak wielką szczegółowością” – mówi Yingming Lai, studentka studiów magisterskich w INRS.

Urządzenie opracowane w ramach tej międzynarodowej współpracy zostanie wysłane do laboratorium badawczego SOLEIL Synchrotron we Francji w celu wizualizacji zjawisk fizycznych. Mogłoby uchwycić wytwarzanie plazmy laserowej, zjawisko niezbędne do ustalenia pewnych właściwości materiałów, oraz fluorescencję UV, która jest ważna w obrazowaniu medycznym w celu identyfikacji biomarkerów powiązanych z chorobami.

Źródło: “Single‐Shot Ultraviolet Compressed Ultrafast Photography” by Yingming Lai, Yujia Xue, Christian‐Yves Côté, Xianglei Liu, Antoine Laramée, Nicolas Jaouen, François Légaré, Lei Tian and Jinyang Liang, 13 September 2020, Laser & Photonics Reviews.
DOI: 10.1002/lpor.202000122

Czytaj: Krakowska restauracja z gwiazdką Michelin!