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世界上最快的相机可以看到慢动作的光

2019-09-18 07:20:03 来源:工人日报

  

来自加州理工学院和魁北克大学(UQ)的科学家开发出了世界上最快的相机,它能够以每秒10万亿帧的速度拍摄破纪录的照片。

令人难以置信的是,根据发表在杂志上的一篇论文,成像系统使研究人员能够以激光脉冲的形式逐帧跟踪光束的运动。 这些超短激光脉冲的持续时间约为飞秒,或一千万亿分之一秒。

“据我们所知,这是迄今为止世界上最快的相机,”昆士兰大学应用计算成像实验室的研究作者金阳亮告诉新闻周刊

研究人员所取得的速度是之前纪录保持者的两倍 - 这是一组由瑞典科学家开发的摄像机,能够每秒捕获5万亿帧。

最新研究的作者表示,他们的相机可以以前所未有的时间分辨率分析光与物质之间的相互作用 - 这种能力可以在生物医学和材料科学等众多领域中有许多有益的应用。

4-worldsfastes 万亿帧每秒压缩超快速摄影系统。 INRS

为了开发他们的系统,该团队使用已有的技术,称为“压缩超快速摄影”作为起点。 CUP系统能够使用所谓的条纹相机每秒捕获1000亿帧,这是一种用于测量光强度随时间变化的仪器。

但据研究人员称,CUP系统本身不足以有效成像飞秒级激光脉冲。 目前,用超短激光脉冲进行的测量必须重复多次。

“我们知道只使用飞秒条纹相机,图像质量就会受到限制,”加州理工学院光学成像实验室(COIL)主任,该研究的作者Lihong Wang在一份声明中表示。

“因此,为了改善这一点,我们添加了另一个获取静态图像的相机。结合飞秒条纹相机获取的图像,我们可以使用所谓的'Radon变换'来获取高质量图像,同时记录10万亿帧每秒。”

5-worldsfastes 以2.5 Tfps的速度实时成像飞秒激光脉冲。 梁金阳,朱立人,李红。王

在使用超快相机进行的首次试验中,研究人员能够捕获25帧内单个飞秒激光脉冲的图像,间隔为400飞秒。 与类似系统不同,不需要重复测量。 然后将得到的图像输入计算机程序以创建电影,使团队能够以慢动作查看脉冲的移动。

“这本身就是一项成就,”梁在声明中说。 “但我们已经看到了将速度提高到每秒一千万亿帧的可能性!”

这种速度可以为光与物质之间的相互作用提供有趣的新见解,这些目前超出了我们的观测能力。

“除了系统创新带来的好处之外,[成像系统]还可以直接显示以前无法实现的许多瞬时现象,”梁说。 “一些可能的应用包括不可逆的化学反应和纳米结构动力学。”

本文已更新,包括梁锦阳的其他评论。

(责任编辑:廉殆)
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