Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Техника

Самая быстрая в мире ультрафиолетовая камера сняла фотоны в реальном времени

Михаил Сысоев
12 октября 2020
arastirmacilar-fotonlari-gercek-zamanli-olarak-goruntuledi-1200x900.jpg
Фото: Jinyang Liang / INRS
Она способна зарегистрировать события, длящиеся лишь пикосекунду.

Чтобы запечатлеть фотоны в действии, требуется мощный аппарат, способный захватить эти элементарные частицы, движущиеся со скоростью света. Подобную машину недавно создала международная группа учёных при Национальном институте научных исследований Канады, где устройству дали название UV-CUP, что буквально означает «ультрафиолетовая сжатая сверхбыстрая съёмка» (англ. Ultraviolet compressed ultrafast photography).

CUP — это перспективная 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. Устройство на её основе было названо самой быстрой ультрафиолетовой камерой в мире, а её возможности достигли регистрации событий, длящихся лишь пикосекунду — единицу времени, равную одной триллионной доле (10-12) секунды.

Этих мощностей достаточно, чтобы запечатлеть летающие фотоны в ультрафиолете в реальном времени.

«Многие явления, которые происходят в очень коротких временных масштабах, также имеют место и в очень малых пространственных масштабах. Чтобы увидеть их, нужно уловить более короткие волны. Выполнение этого в УФ или даже рентгеновском диапазонах — замечательный шаг к этой цели», — Цзиньян Лян, возглавлявший исследование.

Сначала команде пришлось разработать специальный фотокатод и интегрировать его в так называемую стрик-камеру — устройство, разработанное специально для измерения сверхбыстрых оптических явлений. Команде также необходимо было разработать новый алгоритм для извлечения данных и построения из них изображения.

Для управления камерой необходимо два этапа. Во-первых, информация о переходном событии сжимается в моментальный снимок при сборе данных — так полученный моментальный снимок мало отличается от фотографии, сделанной обычной камерой. Во-вторых, этот моментальный снимок подается в алгоритм реконструкции для извлечения кинофрагмента.

Ниже вы можете посмотреть на видео движущихся фотонов с длительностью от пикосекунды до наносекунды, снятое камерой UV-CUP и опубликованное Цзиньян Лян.

 

A video of moving photons created by the UV-CUP camera

Есть и другие кадры, демонстрирующие два фемтосекундных УФ-импульса, попадающих в камеру в разное время. Фемтосекунда ещё меньше пикосекунды — эта единица времени равна одной квадрилионной  доле (10-15) секунды.

A movie showing two femtosecond UV pulses arriving at the camera at different times

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 UV-CUP, изучив 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.

Узнайте, как NASA обнаружило древние дюны на Марсе. Им миллиард лет!

рекомендации
Фотоаппарат generic icon

Квадрокоптер, iPhone 13 Pro Max и другие призы ждут: участвуйте в фотоконкурсе «Широка моя страна»

Планета Земля

Три космостанции переработанных отходов и другие причины выбрать товары с экомаркировкой

Горы

Как прошел наш фототур в Дагестан

None