Această cameră poate genera clipuri ale unor procese uluitor de rapide. Ea ar putea ajuta oamenii de știință să creeze memorii magnetice ultrarapide și tratamente medicale cu ultrasunete.

Cea mai rapidă cameră din lume poate capta imagini la o rată de 156 trilioane de cadre pe secundă (fps)

Noul dispozitiv utilizează o tehnică optică nouă pentru a capta 132 de cadre dintr-un singur impuls al unui laser ultrarapid. Oamenii de știință au prezentat noul dispozitiv într-un studiu publicat la 21 februarie în revista Nature Communications.

Această tehnologie le permite oamenilor de știință să înregistreze fenomene care au loc în femtosecunde. Tehnologia ar putea oferi informații valoroase care să aibă un impact asupra diferitelor domenii de cercetare și dezvoltare. Printre acestea se numără crearea de noi tehnologii de memorie pentru computere și tratamente medicale cu ultrasunete:

„Această cameră este mai mult decât o simplă jucărie. Este de fapt o piesă foarte importantă de echipament științific", a declarat pentru Live Science autorul principal Jinyang Liang, profesor de optică la Institutul Național de Cercetare Științifică (INRS) din Quebec City.

Principala provocare atunci când se imaginează fenomene ultrarapide este faptul că până și cei mai rapizi senzori de cameră pot capta imagini doar la o rată de câteva sute de milioane de fps, a spus Liang.

Abordarea standard pentru a capta fenomenele ultrarapide implică lansarea unui impuls laser asupra lor

Ulterior are loc măsurarea cantității de lumină reflectată sau absorbită. Acest lucru se repetă de mai multe ori, fiecare vizând o fereastră de timp diferită, separată de doar câteva femtosecunde. Dar această abordare funcționează doar pentru eșantioane statice sau pentru fenomene care pot fi repetate cu precizie, a spus Liang.

Și, deși senzorii optoelectronici speciali au atins viteze de până la 10 trilioane de fps, acest lucru nu este încă suficient de rapid pentru multe fenomene. În 2020, Liang a fost coautor al unei lucrări despre o abordare numită „fotografie ultrarapidă comprimată". Aceasta a atins viteze de până la 70 de trilioane de fps. Iar acum, laboratorul său a dublat acest record cu o nouă abordare.

Noua abordare se bazează pe o sursă de lumină specială cunoscută sub numele de laser „chirped". Descoperirea ei a fost răsplătită cu Premiul Nobel pentru Fizică 2018.

Acest lucru înseamnă că, atunci când un impuls de la acest laser este lansat asupra unui obiect, fiecare lungime de undă captează informații din diferite momente de timp. În configurația lui Liang și a echipei sale, lumina trece apoi printr-o grilă care împarte lungimile de undă și le trimite în direcții diferite. Acestea trec apoi printr-o „mască”, care arată ca un cod QR.

Noua cameră acționează ca un „cod de bare" pentru a le separa în post-procesare

Aceasta imprimă un model ușor diferit în fiecare lungime de undă. Potrivit lui Liang, tehnologia acționează ca un „cod de bare" pentru a le separa în post-procesare. O altă grilă recombină apoi toate lungimile de undă într-un singur fascicul, care atinge un senzor de imagine.

Un software special conceput folosește codurile de bare pentru a determina ce părți ale semnalului provin de la o anumită lungime de undă, fiecare dintre ele fiind legată de diferite momente de timp. Acest lucru face posibilă împărțirea unui singur instantaneu în mai multe cadre pentru a crea un film scurt. În prezent, abordarea poate gestiona doar filme cu o lungime de 132 de cadre - ceea ce înseamnă până la 850 de femtosecunde, dar echipa a demonstrat deja că acest lucru poate surprinde fenomene interesante.

În lucrarea lor, specialiștii au folosit configurația pentru a înregistra un semiconductor care absoarbe fotoni de la un puls laser, precum și un laser folosit pentru a demagnetiza o peliculă de aliaj. Acesta din urmă are implicații semnificative pentru dezvoltarea de noi memorii de calcul bazate pe magnetism, a declarat Liang:

„Cât de repede putem demagnetiza un material magnetic determină în esență cât de repede putem scrie sau citi efectiv datele", a spus el.

O altă aplicație promițătoare ar fi înregistrarea modului în care celulele răspund la undele de șoc provocate de dispozitivele cu ultrasunete, a spus el, ceea ce ar putea avea importanță pentru tratamentele medicale.