Сверхбыстрая камера засняла ультрафиолетовое излучение

Сверхбыстрая камера засняла ультрафиолетовое излучение

Ученые адаптировали метод сжатой сверхбыстрой фотографии для съемки в ультрафиолетовом диапазоне и предложили алгоритм, который эффективнее справился с восстановлением изображения. Комбинация двух этих разработок позволила ученым фиксировать единичные или очень редкие события со скоростью полтриллиона кадров в секунду. Работа опубликована в журнале Laser & Photonics Reviews.

Сжатую сверхбыструю фотографию в 2014 году впервые продемонстрировала группа ученых из Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Им удалось создать сверхбыструю камеру, которая позволяла делать до ста миллионов кадров в секунду. За шесть лет подобные камеры совершенствовались не только с точки зрения самого устройства, но и алгоритмов обработки изображений. Дело в том, что информация об объекте, которую получается компьютер непосредственно с камеры требует дополнительной обработки, поэтому скорость метода и его качество зависит и от алгоритма обработки.

Несмотря на то, что появилось множество новых улучшенных скоростных камер, они все еще могут регистрировать свет только в видимом и инфракрасном диапазоне, но не в ультрафиолетовом (УФ). Снимки в УФ диапазоне нужны, например, для исследования образования дефектов в кристаллах, генерации УФ-импульсов в результате четырехволнового смешения или для визуализации протекания химико-биологических реакций. Кроме того, использование цифрового микрозеркального устройства (DMD) для генераций изображений накладывает ограничения на скорость работы устройства.

Команда ученых из университета Квебека под руководством Цзиньян Ляна (Jinyang Liang) предложили схему сжатой сверхбыстрой без использования DMD, которая позволяет получать изображения световых импульсов в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Световой пучок в такой схеме преобразуется в поток фотоэлектронов с помощью фотокатода из пленок хрома и палладия на кварцевой подложке. Псевдослучайная топология фотокатода позволяет преобразовать временные особенности сигнала в пространственные перед их преобразованием. Испускаемые фотокатодом электроны ускоряются и помещаются в переменное поле, которым они отклоняются в разные стороны и в итоге попадают на люминофорный экран. Он преобразует электрон обратно в фотоны, которые в итоге попадают на камеру для последующей обработки.

Помимо новой схемы, авторы использовали новый алгоритм обработки после регистрации сигнала камерой. Он позволяет разделить общую оптимизацию на несколько вторичных задач, которые решает с высокой точностью и работает для зашумленных входных данных. Физики сравнили возможности разработанного алгоритма с тем, что удается получить современными алгоритмами (на рисунке TwIST — стандартный алгоритм, PnP-ADMM — разработанный).

Для демонстрации установки в работе ученые использовали импульсы длиной волны 266 нанометров, которые попадали на светоделитель и расходились в два плеча. Два полученных дочерних импульса с контролируемой временной задержкой попадали в систему регистрации. Излучение со стандартным гауссовым распределением интенсивностей авторы пропускали через маски (transmissive target) для того, чтобы создать изображение. В качестве примера они нарисовали светом слова «INRS» и «AXIS» и смогли записать их изображения с разрешением 1750 на 500 пикселей.
Ученые использовали фемтосекундный лазер для всех экспериментов и показали, что камера позволяет разрешать импульсы, расстояние между которыми всего 30 пикосекунд. Вместе с высокими пространственным разрешением и скоростью работы, этот результат говорит о том, что УФ камера может найти множество применений в фундаментальной или прикладной областях науки. А разработанный алгоритм обработки можно использовать для других типов скоростных камер.

Ранее эта же группа ученых смогла заснять движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов в секунду. А американские физики сняли движение световой «ударной волны» на 100 миллиардах кадров в секунду.

Самые свежие новости медицины на нашей странице в Вконтакте

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>