Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Экспедиция «9 Легенд Русского Севера»
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
Информация

Как строили самое высокое здание в Центральной Азии

Восклицательный знак

На что способны HONOR Watch GS Pro: узнайте в спецпроекте «Время движения»!

Корзина, продукты, товары, супермаркет

Тест: как не попасть на крючок гринвошинга