Группа ученых из Лундского университета в Швеции создала камеру, которая способна делать снимки со скоростью эквивалентной пяти триллионам изображений в секунду. Это позволит запечатлеть события длительностью около 0,2 триллионных доли секунды — например, химические реакции или движение света на коротком отрезке пути. Работа исследователей принята к публикации в журнале Light:Science and Applications (pdf).
Возможность заснять события, которые занимают миллионные доли секунды, играет важную роль для понимания физических, химических и биологических процессов. Благодаря скоростной съемке можно изучать динамику взаимодействия между заряженными частицами, фотосинтез и переходные состояния в химических реакциях. Как правило, исследователи используют камеры, которые последовательно фиксируют кадры один за другим, после чего склеивают полученные изображения в короткий фильм. Однако такой метод применим только для полностью воспроизводимых процессов.
Авторы новой работы создали камеру, которая позволяет делать прямую видеосъемку события. Ее работа основана на принципе фемто-фотографии: интересующий исследователей объект «облучается» ультракороткими вспышками лазерного излучения, после чего сенсоры камеры улавливают отраженный свет. Каждый световой импульс имеет свой уникальный «код» благодаря тому, что он проходит через несколько поляризаторов, которые пропускают электромагнитные волны только определенной ориентации. Всего в одном записанном «кадре» содержится четыре изображения, которые последовательно извлекаются с помощью специального алгоритма. Это позволяет получить снимки с хорошим временным разрешением.
Работу нового устройства проверили тестом «light-in-flight». На видео ниже показано, что исследователям удалось визуализировать, как световая вспышка проходит путь, длина которого эквивалентна толщине бумажного листа. В реальности это занимает всего пикосекунду (одну триллионную долю секунды), однако в видео процесс замедлен в триллион раз:
«Эта техника применима не ко всем природным процессам, однако она подходит для изучения некоторых, например взрывов, выбросов плазмы, турбулентного горения, активности головного мозга животных и химических реакций. Теперь мы можем снимать такие ультракороткие события. В перспективе технология может быть использована в промышленности», — комментирует один из авторов работы.
Исследователи создали рабочий прототип нового устройства в сотрудничестве с частной немецкой компанией. По их мнению, чтобы устройство стало доступно и другим исследователям, понадобится еще пару лет.
В 2014 году ученые создали камеру, которая была способна делать снимки со скоростью, эквивалентной 4,4 триллиона кадров в секунду при разрешении 450 x 450 пикселей. В январе текущего года исследователи запечатлели световую «ударную волну», используя прибор, который снимает до 100 миллиардов кадров в секунду. Самый короткий промежуток времени, зафиксированный на сегодняшний день, — 850 зептосекунд. Такое временное разрешение потребовалось для исследования отрыва электрона от атома гелия.
Кристина Уласович