Инженеры национального научно-исследовательского института Университета Квебека в Канаде разработали самую быструю в мире камеру, которая может снимать со скоростью 156,3 триллиона кадров в секунду (fps).
Лучшие камеры замедленной съемки в телефонах обычно работают со скоростью несколько сотен кадров в секунду. Профессиональные кинематографические камеры могут работать со скоростью несколько тысяч для достижения более плавного эффекта. Но если вы хотите увидеть, что происходит на наноуровне, вам придется замедлить процесс до миллиардов или даже триллионов кадров в секунду.
Сообщается, что новая камера может фиксировать события, происходящие в пределах фемтосекунд – квадриллионных долей секунды. Для справки: в одной секунде их примерно столько же, сколько секунд в 32 миллионах лет.
Исследователи опирались на технологию, которую они разработали еще в 2014 году, известную как сжатая сверхбыстрая фотография (compressed ultrafast photography, CUP), которая могла снимать кажущиеся ничтожными 100 миллиардов кадров в секунду. Следующий этап назывался T-CUP, где буква T обозначала «триллион кадров в секунду», что, как и следовало ожидать, обеспечивало скорость до 10 триллионов кадров в секунду. А затем в 2020 году команда увеличила скорость до 70 триллионов кадров в секунду с помощью версии под названием «Сжатая сверхбыстрая спектральная фотография» (Compressed ultrafast spectral photography, CUSP).
Теперь исследователи снова увеличили эту цифру более чем вдвое — до ошеломляющих 156,3 триллиона кадров в секунду. Новая система камер называется «Фемтофотография в реальном времени с развернутой кодированной апертурой» (swept-coded aperture real-time femtophotography, SCARF), которая может фиксировать события, которые происходят слишком быстро, чтобы их могли увидеть даже предыдущие версии технологии. Сюда входят такие вещи, как ударные волны, проходящие через материю или живые клетки.
Система SCARF, самая быстрая камера в мире, в лаборатории. Фото: INRS.
SCARF работает, сначала излучая «чирпированный» ультракороткий импульс лазерного света, который проходит через отображаемое событие или объект. Если представить свет в виде радуги, то сначала событие будет зафиксировано красными длинами волн, затем оранжевыми, желтыми и далее по спектру до фиолетового. Поскольку событие происходит так быстро, к тому времени, когда каждый последующий «цвет» достигает его, оно выглядит по-другому, позволяя импульсу уловить все изменения за невероятно короткий период времени.
Затем этот световой импульс проходит через множество компонентов, которые фокусируют, отражают, преломляют и кодируют его, пока он, наконец, не достигает датчика камеры с зарядовой связью (charge-coupled device, CCD). Затем это преобразуется в данные, которые могут быть реконструированы компьютером в окончательное изображение.
Хотя маловероятно, что мы, обычные люди, будем смотреть высокоскоростные видеоролики лопающихся воздушных шаров, снятые системами SCARF, исследователи говорят, что съемка новых сверхбыстрых явлений может помочь улучшить такие области, как физика, биология, химия, материаловедение и инженерия.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: INRS.
