Физики испытали самую быструю камеру в мире

Возможность запечатлеть события, происходящие на временном отрезке в миллионные доли секунды, важна для понимания биологических, химических и физических процессов. Так, высокоскоростная съемка позволяет исследовать фотосинтез, взаимодействия заряженных частиц, переходные состояния в рамках химических реакций. Сейчас с этой целью, как правило, используются камеры, которые последовательно фиксируют изображения, после чего кадры склеиваются в фильм. Тем не менее, такой метод может применяться только в случае полностью воспроизводимых процессов.

В новой статье шведские ученые описали разработку, которая позволяет осуществлять видеосъемку событий непосредственно. Работа устройства основана на технологии фемтофотографирования: на целевой объект направляются ультракороткие вспышки лазера, и отраженное излучение улавливается сенсорами камеры. Поскольку световые импульсы проходят через несколько поляризаторов, пропускающих электромагнитные волны специфической ориентации, каждый из них обладает уникальным «кодом». Сформированный таким образом «кадр» содержит четыре изображения.

Изображения извлекаются посредством специального алгоритма, что обеспечивает получение снимков с высоким временным разрешением. Новая камера испытвалась на тесте light-in-flight, с помощью которой шведский физик Нильс Абрамсон в 1978 году впервые запечатлел световые вспышки во время их распространения. Основанная на голографии, она позволила ученому зафиксировать такие эффекты, как отражение, интерференция и фокус. В эксперименте авторам также удалось визуализировать перемещение световой вспышки по пути длиной, сопоставимой с толщиной листа бумаги.

В реальности такое перемещение вспышки длится около пикосекунды, однако на полученной видеозаписи скорость снижена в триллион раз. По словам исследователей, предложенная техника может применяться не ко всем процессам, и тем не менее, подходит для анализа таких ультракоротких событий, как активность головного мозга, турбулентное горение, взрывы, химические реакции и выбросы плазмы. В будущем разработка может найти применение и в промышленности. К настоящему времени авторы сконструировали рабочий прототип устройства, для его распространения может потребоваться пара лет.

Работа ученых принята к публикации в Light: Science and Applications.

В начале текущего года американские физики засняли конус световой «ударной волны» с помощью специальной камеры, которая способна осуществлять съемку со скорость до 100 миллиардов кадров в секунду. Ранее исследователи из Сингапура также приступили к разработке высокоскоростной камеры для дронов и беспилотных автомобилей.

Макрофотографии растений и насекомых, сделанные посредством микроскопа, смотрите в нашем материале.