Эксперименты со светом 15 октября 2018, 16:07 15 октября 2018, 17:07 15 октября 2018, 18:07 15 октября 2018, 19:07 15 октября 2018, 20:07 15 октября 2018, 21:07 15 октября 2018, 22:07 15 октября 2018, 23:07 16 октября 2018, 00:07 16 октября 2018, 01:07 16 октября 2018, 02:07

Десять триллионов кадров в секунду: создана самая быстрая в мире камера

Новая разработка поможет зафиксировать "на плёнку" процессы, которых никто никогда не видел.

Учёные создали камеру, которая создаёт десять триллионов кадров в секунду. Как утверждается в пресс-релизе исследования, это мировой рекорд. Новая разработка поможет зафиксировать процессы, которых никто никогда не видел.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications группой во главе с Цзиньяном Ляном (Jinyang Liang) из Национального научно-исследовательского института Канады.

Учёные превосходно понимают смысл поговорки "время не ждёт". Процессы в быстрой электронике протекают за миллиардные доли секунды. Молекулы колеблются с периодом в её триллионные доли. Взаимодействие света с веществом происходит ещё в тысячу, а движение электронов в атоме – в миллион раз быстрее.

Как изучить настолько быстрые процессы? Для этого физики создают фемтосекундные и даже аттосекундные лазеры. Лазерный импульс воздействует на образец с нужным характерным временем. Но результат воздействия тоже нужно как-то зафиксировать. Хотя современные технологии предоставляют на этот счёт кое-какие возможности, о полноценном изображении речь не идёт.

Существующие камеры слишком неторопливы, чтобы фиксировать такие процессы в реальном времени. Они требуют многократно повторять одно и то же действие. Это можно сравнить с покачиванием маятника: камера не в силах запечатлеть отдельное движение, но ведь каждое колебание похоже на предыдущее как две капли воды. В конце концов суммарное время экспозиции оказывается достаточным, чтобы получить качественный кадр.

А что делать, если изучаемый процесс похож не на качания маятника, а на удар молотком по стеклу? Образец разрушается первым же воздействием, и его уже невозможно повторить много раз. Такие вещи нужно фиксировать в реальном времени, другого способа просто нет.

Авторы решили эту проблему. За отправную точку они взяли технологию сжатой сверхбыстрой фотографии, позволяющую делать сто миллиардов кадров в секунду (авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее рассказывали о ней). Ускорив процесс съёмки в сотню раз, исследователи закономерно получили ухудшение изображения.

Тогда учёные добавили своему детищу "напарника". Это вторая камера, которая снимает не так быстро, как первая, зато получает более качественный кадр. Она используется как дополнительный источник информации. С таким подспорьем исследователи расшифровывают и данные "торопыги", превращая их в достаточно подробную картинку с помощью преобразования Радона.

Получившаяся система, возможно, поставила мировой рекорд по скорости съёмки в реальном времени. Впрочем, "Вести.Наука" писали о созданной российскими учёными камере, снимающей по кадру каждые 50 фемтосекунд. Это не обязательно означает, что технология группы Ляна напрасно претендует на первенство. "Камерой" можно назвать устройства разной конструкции, которые не обязательно являются фотоаппаратами в привычном смысле этого слова.

Канадские исследователи продемонстрировали возможности своего детища, зафиксировав процесс фокусировки одиночного импульса фемтосекундного лазера. Это действо было запечатлено в 25 кадрах, снятых с интервалом в 400 фемтосекунд. "На плёнке" можно увидеть, как меняется форма, интенсивность и угол наклона светового импульса.

"Это является достижением само по себе, но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (в тысячу раз больше триллиона – прим. ред.) кадров в секунду!" – говорит Лян.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" также писали о камере, снимающей 4,4 триллиона кадров в секунду.