超高速相机T-CUP加拿大国家研究所和加利福尼亚理工学院的科学家们开发了世界上最快的
T-CUP摄像机,其拍摄速度为10³³,即每秒10万亿帧。 该设备使您可以精确地冻结时间,即以非常慢的速度可视化现象(甚至是光)。
高速相机为生物学和物理学中动态现象的微观分析提供了新的高效方法的大门。 例如,您可以详细研究活细胞中的过程或分子的运动。
T-CUP如何运作照相机使用的激光会产生飞秒范围(10
-15 s)的超短脉冲。 Femtolazer只是成功的一半。 要在便携式摄像机中使用它们,必须有一种以非常短的时间分辨率实时记录图像的方法。 由于非线性光学和成像技术的创新,T-CUP的创建成为可能。
使用现代的可视化方法,必须重复多次使用超短激光脉冲进行的测量,这适用于某些类型的惰性样品,而对于其他较脆弱的样品则不可能。 例如,激光玻璃雕刻只能承受一个激光脉冲,因此研究人员不到一皮秒就能捕获结果。 换句话说,可视化方法必须能够实时覆盖整个过程。
压缩超快摄影(CUP)是一个很好的起点。 这种方法可以达到每秒1000亿帧的速度,在2014
年的《哈布雷》杂志上有
描述 但是,该技术具有根本的局限性,要克服该局限性,需要开发改进的T-CUP系统,从而将速度提高几个数量级。 像层析成像一样,这里已经使用了高速飞秒计时码表,并结合了记录静态图像的相机。 通过这种组合,研究人员能够使用所谓的Radon变换以高达每秒10万亿帧的速度获得高质量图像(Radon变换是许多变量的函数的积分变换,类似于Fourier变换)。
暂时聚焦单个飞秒激光脉冲的过程为什么需要这个?
T-CUP创造了成像速度的世界纪录,可能会导致用于生物医学,材料科学和其他应用的新一代显微镜的出现。 这款相机代表了一个根本性的转变。 它提供了一个以前所未有的时间分辨率分析光与物质之间相互作用的机会。
摄像机第一次拍摄了实时实时聚焦单个飞秒激光脉冲的过程(如上图所示)。 此过程记录在25帧上,间隔为400飞秒:详细显示了光脉冲的形状,强度和倾斜角度。
T杯电影录像上面的照片显示:倾斜穿过光栅(b)的激光脉冲; 一个激光脉冲的空间聚焦,持续7皮秒的激光脉冲,穿过一小束水蒸气(e)中的50:50分束器; 从两个反射镜(g)反射的激光脉冲。 在第一种情况下,视频以最大10 fps的速度拍摄,在第二和第三组帧中以2.5 Tfps的速度拍摄,在最后一组帧中“仅”以每秒1万亿帧的速度拍摄。
科学家在《自然》杂志上
发表了对其发展
的描述。 除科学工作外,
还有一些公共领域的
视频 ,这里是
其中之一 。
该论文的主要作者梁金阳
说: “这本身就是一项成就,但是我们已经看到了将速度提高到每秒一万亿(10
15 )帧的机会。” 研究人员认为,以这种速度,您可以发现尚未发现的光与物质相互作用的秘密。 例如,可以详细记录爆炸过程中分子的膨胀,光线的传播和其他有趣的事物。
顺便说一句,安全专家希望摄像机以这种速度
拍摄,可以让您
拍摄不直接在视线范围内的物体 ,也就是说,实际上是从拐角处拍摄敌人(
视频演示 )。 因此,此类设备不仅可以在理论物理学中找到应用,而且可以在非常实际,有用的设备中找到应用。

