Ką daryti, jei kai kurie gamtos reiškiniai yra tokie greiti, kad jų neįmanoma vizualizuoti ar užfiksuoti realiu laiku. Pavyzdžiui, femtosekundinių lazerių šviesos impulsai (femtosekundė – tai 10-15 sekundės) – nors jų matavimai yra įmanomi, tačiau tyrimams labai padėtų galimybė fiksuoti reiškinio dinamiką.
Tyrėjai iš Nacionalinio mokslinių tyrimų instituto „Institut national de la recherche scientifique“ (INRS, Prancūzija) ir Kalifornijos technologijos instituto (Caltech, JAV) sukūrė sparčiausią pasaulyje fotoaparatą, galintį užfiksuoti dešimt trilijonų, arba dešimt tūkstančių milijardų, 1013, kadrų per sekundę. Šis naujas fotoaparatas tarsi leidžia sustabdyti laiką ir pamatyti ultragreitus reiškinius, net ir tokius, kaip šviesos impulso sklidimas.
Pastaraisiais metais netiesinės optikos ir vaizdų registracijos inovacijos atvėrė duris naujiems ir labai efektyviems biologijos ir fizikos ypač greitų dinaminių reiškinių analizės mikroskopiniams tyrimams.
Tačiau, norint pasinaudoti šiais metodais, reikia įrašyti vaizdus realiuoju laiku, ir tik po vieną ekspoziciją – kadrą. Norint gauti dinaminį reiškinio vaizdą, eksperimentą reikia pakartoti daug kartų, kiekvieną kartą registruojant vis kitą jo fazę. Tai nėra tinkamas būdas daugeliui tyrimų, nes, pavyzdžiui, lazerio impulsas gali paveikti mėginį taip, kad jo savybės pasikeistų, arba jį ir visai sunaikinti.
Todėl geriausia būtų sugebėti fiksuoti visą procesą realiuoju laiku.
Naujoji fotokamera pavadinta T-CUP – Compressed ultrafast photography, CUP, o T raidė pridėta, norint pažymėti, kad ši kamera pasiekia trilijonų kadrų per sekudę greitį. T raidė, vadinama tera, yra SI sistemos priešdėlis, reiškiantis 1012.
„Mes žinojome, kad naudojant tik femtosekundinę kamerą, vaizdo kokybė bus ribota“, teigė vienas šio darbo autorių, „Todėl, norėdami pagerinti vaizdo kokybę, panaudojome dar vieną fotoaparatą, kuris fiksuoja vaizdą. Kartu su femtosekundžių kameros padarytomis nuotraukomis mes galėjome pritaikyti vadinamąją Radono transformaciją, ir gauti aukštos kokybės vaizdus, įrašydami dešimt trilijonų kadrų per sekundę.“
Naujoji fotokamera bus tinkama naujos kartos mikroskopams, skirtiems biomedicininiams ir medžiagų moksliniams tyrimams ir kitoms taikomosioms sritims. Tokia kamera labai padės analizuojant šviesos ir materijos sąveiką, su neprilygstama laiko atžvilgiu skiriamąja geba.
Femtosekundinės trukmės fokusuojamo lazerio impulso nuotraukos, fotografuojant 2,5 trilijonų kadrų per sekundę greičiu. Šis procesas buvo užfiksuotas 25 kadruose, kurie apima 400 femtosekundžių intervalą ir parodo šviesos impulso formos ir intensyvumo kitimą.
„Tai didelis laimėjimas, bet mes jau matome galimybes padidinti fotogafavimo greitį dar šimtą kartų, iki vieno kvadrilijono kadrų per sekundę (1015), – teigia darbo autoriai. „Tokie greičiai, be abejo, padėtų geriau suprasti vis dar nesuprantamas šviesos ir materijos sąveikos paslaptis“ .
Jinyang Liang et al, Single-shot real-time femtosecond imaging of temporal focusing, Light: Science & Applications (2018). DOI: 10.1038/s41377-018-0044-7
Daugiau:
Sukurta greičiausia pasaulyje fotokamera
Beveik sustabdyta šviesa: mokslininkai sukūrė greičiausią pasaulyje fotokamerą
Nauja technologija leis patobulinti naktinio matymo prietaisus ir terminio vaizdo kameras
Astrofizikas Jonas Žmuidzinas apie nematomą šviesą, tamsiąją medžiagą ir kitus dalykus
Vaizdo jutiklis, maitinamas saulės spinduliais
Naujas lusto dydžio įrenginys gali padėti gamintojams išmatuoti lazerio galią realiuoju laiku