Super Speed Camera T-CUPCientíficos del Instituto Nacional de Investigación (Canadá) y el Instituto de Tecnología de California han desarrollado la cámara de video
T-CUP más rápida del mundo, que dispara a una velocidad de 10¹³, es decir, 10 billones de cuadros por segundo. Este dispositivo le permite literalmente congelar el tiempo, es decir, visualizar fenómenos (e incluso luz) a un ritmo muy lento.
Las cámaras de alta velocidad abren la puerta a métodos nuevos y altamente efectivos de análisis microscópico de fenómenos dinámicos en biología y física. Por ejemplo, puede estudiar en detalle los procesos en una célula viva o el movimiento de las moléculas.
El principio de funcionamiento de la T-CUPLa cámara utiliza láseres que producen pulsos ultracortos en el rango de femtosegundos (
10-15 s). Los femtolazers son solo la mitad de la batalla. Para usarlos en una videocámara, debe haber una manera de grabar imágenes en tiempo real con una resolución de muy poco tiempo. La creación de T-CUP fue posible gracias a las innovaciones en óptica no lineal y tecnologías de imagen.
Utilizando métodos de visualización modernos, las mediciones con pulsos láser ultracortos deben repetirse muchas veces, lo que es adecuado para algunos tipos de muestras inertes, pero imposible para otros más frágiles. Por ejemplo, el grabado láser de vidrio solo puede soportar un pulso láser, por lo que los investigadores tienen menos de un picosegundo para capturar los resultados. En otras palabras, el método de visualización debe poder cubrir todo el proceso en tiempo real.
La fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) es un buen punto de partida. Este método permitió alcanzar los 100 mil millones de fotogramas por segundo, se
describió en Habré en 2014. Sin embargo, la tecnología tenía limitaciones fundamentales, para superar la cual se desarrolló un sistema T-CUP mejorado, que aumentó la velocidad en varios órdenes de magnitud. Aquí ya se usa un fotocronógrafo de femtosegundos de alta velocidad, como en la tomografía, en combinación con una cámara que graba una imagen estática. En esta combinación, los investigadores pudieron usar la llamada transformación de Radón para obtener imágenes de alta calidad de hasta diez billones de cuadros por segundo (la transformación de Radón es una transformación integral de la función de muchas variables, similar a la transformación de Fourier).
El proceso de enfocar temporalmente un solo pulso láser de femtosegundo¿Por qué se necesita esto?
Estableciendo un récord mundial de velocidad de imagen, el T-CUP podría conducir a la aparición de una nueva generación de microscopios para biomedicina, ciencia de materiales y otras aplicaciones. Esta cámara representa un cambio fundamental. Brinda la oportunidad de analizar las interacciones entre la luz y la materia con una resolución de tiempo sin precedentes.
Por primera vez, la cámara de video filmó el proceso de enfocar temporalmente un solo pulso láser de femtosegundo en tiempo real (en la foto de arriba). Este proceso se registró a 25 cuadros con un intervalo de 400 femtosegundos: muestra en detalle la forma, la intensidad y el ángulo de inclinación del pulso de luz.
T-CUP Video de la películaLas fotos de arriba muestran: un pulso láser que pasa oblicuamente a través de la rejilla (b); enfoque espacial de uno o más pulsos láser, un pulso láser que dura 7 picosegundos, que pasa a través de un divisor 50:50 en una pequeña nube de vapor de agua (e); un pulso láser que se refleja desde dos espejos (g). En el primer caso, el video se grabó a una velocidad máxima de 10 Tfps, en la segunda y tercera serie de cuadros, a 2.5 Tfps, y en la última serie de cuadros, "solo" a 1 billón de cuadros por segundo.
Los científicos
publicaron una descripción de su desarrollo en la revista Nature. Junto con el trabajo científico,
varios videos son de dominio público, aquí hay
uno de ellos .
"Este es un logro en sí mismo",
dice Jinyang Liang, autor principal del artículo, "pero ya estamos viendo oportunidades para aumentar la velocidad a un cuatrillón (10
15 ) fotogramas por segundo". Los investigadores creen que a esta velocidad, puedes descubrir secretos aún no detectados de la interacción de la luz y la materia. Por ejemplo, uno puede registrar en detalle la expansión de las moléculas durante una explosión, la propagación de los rayos de luz y otras cosas interesantes.
Por cierto, los expertos en seguridad esperan que la cámara a esta velocidad le permita
disparar objetos que no están en línea de visión directa , es decir, disparar literalmente al enemigo desde la esquina (
demostración en video ). Por lo tanto, dichos dispositivos pueden encontrar aplicaciones no solo en física teórica, sino también en dispositivos muy reales y útiles.
