Caméra Super Speed ​​T-CUP

Des scientifiques du National Research Institute (Canada) et du California Institute of Technology ont développé la caméra vidéo T-CUP la plus rapide au monde, qui tire à une vitesse de 10¹³, soit 10 billions d'images par seconde. Cet appareil vous permet de geler littéralement le temps, c'est-à-dire de visualiser les phénomènes (et même la lumière) à un rythme très lent.

Les caméras à grande vitesse ouvrent la voie à de nouvelles méthodes d'analyse microscopique des phénomènes dynamiques en biologie et physique très efficaces. Par exemple, vous pouvez étudier en détail les processus dans une cellule vivante ou le mouvement des molécules.


Le principe de fonctionnement du T-CUP

La caméra utilise des lasers qui produisent des impulsions ultracourtes dans la plage femtoseconde (10 ^-15 s). Les femtolazers ne représentent que la moitié de la bataille. Pour les utiliser dans un caméscope, il doit y avoir un moyen d'enregistrer des images en temps réel avec une résolution temporelle très courte. La création de T-CUP a été rendue possible grâce aux innovations dans l'optique non linéaire et les technologies d'imagerie.

En utilisant des méthodes de visualisation modernes, les mesures utilisant des impulsions laser ultracourtes doivent être répétées plusieurs fois, ce qui convient à certains types d'échantillons inertes, mais impossible pour d'autres plus fragiles. Par exemple, la gravure au laser sur verre ne peut résister qu'à une seule impulsion laser, les chercheurs ont donc moins d'une picoseconde pour capturer les résultats. En d'autres termes, la méthode de visualisation doit pouvoir couvrir l'ensemble du processus en temps réel.

La photographie ultra-rapide compressée (CUP) est un bon point de départ. Cette méthode a permis d'atteindre 100 milliards d'images par seconde, a-t-elle été décrite sur Habré en 2014. Cependant, la technologie avait des limites fondamentales pour surmonter un système T-CUP amélioré qui a augmenté la vitesse de plusieurs ordres de grandeur. Un photo-chronographe femtoseconde à grande vitesse est déjà utilisé ici, comme en tomographie, en combinaison avec une caméra qui enregistre une image statique. Dans cette combinaison, les chercheurs ont pu utiliser la soi-disant transformée de Radon pour obtenir des images de haute qualité jusqu'à 10 000 milliards d'images par seconde (la transformée de Radon est une transformation intégrale de la fonction de nombreuses variables, semblable à la transformée de Fourier).


Processus de focalisation temporaire d'une seule impulsion laser femtoseconde

Pourquoi est-ce nécessaire?

Établissant un record mondial pour la vitesse d'imagerie, le T-CUP pourrait conduire à l'émergence d'une nouvelle génération de microscopes pour la biomédecine, la science des matériaux et d'autres applications. Cette caméra représente un changement fondamental. Il permet d'analyser les interactions entre la lumière et la matière avec une résolution temporelle sans précédent.

Pour la première fois, la caméra vidéo a filmé le processus de focalisation temporaire d'une seule impulsion laser femtoseconde en temps réel (sur la photo ci-dessus). Ce processus a été enregistré sur 25 images avec un intervalle de 400 femtosecondes: il montre en détail la forme, l'intensité et l'angle d'inclinaison de l'impulsion lumineuse.


Images du film T-CUP

Les photos ci-dessus montrent: une impulsion laser qui passe obliquement à travers le réseau (b); focalisation spatiale d'une ou plusieurs impulsions laser, une impulsion laser d'une durée de 7 picosecondes, qui passe à travers un séparateur 50:50 dans un petit nuage de vapeur d'eau (e); une impulsion laser réfléchie par deux miroirs (g). Dans le premier cas, la vidéo a été tournée à une vitesse maximale de 10 Tfps, dans les deuxième et troisième séries d'images - à 2,5 Tfps, et dans la dernière série d'images - «seulement» à 1 billion d'images par seconde.

Les scientifiques ont publié une description de leur développement dans la revue Nature. Parallèlement aux travaux scientifiques, plusieurs vidéos sont dans le domaine public, en voici une .

"C'est une réussite en soi", explique Jinyang Liang, auteur principal du document, "mais nous voyons déjà des opportunités d'augmenter la vitesse à un quadrillion (10 ¹⁵ ) images par seconde." Les chercheurs pensent qu'à cette vitesse, vous pouvez découvrir des secrets encore non détectés de l'interaction de la lumière et de la matière. Par exemple, on peut enregistrer en détail l'expansion des molécules lors d'une explosion, la propagation des rayons lumineux et d'autres choses intéressantes.

Soit dit en passant, les experts en sécurité s'attendent à ce que la caméra à cette vitesse vous permette de filmer des objets qui ne sont pas en ligne de vue directe , c'est-à-dire de tirer littéralement sur l'ennemi du coin de la rue ( démonstration vidéo ). De tels appareils peuvent donc trouver une application non seulement dans la physique théorique, mais aussi dans des appareils très réels et utiles.

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