Текст уведомления здесь

Ученые создали самый быстрый в мире метод съемки

Физики из Лундского университета в Швеции создали метод, который позволяет снимать видео с частотой пять триллионов кадров в секунду и может фиксировать события, происходящие за 200 фемтосекунд.
Добавить в закладки
Комментарии

Многие процессы в физике и химии происходят в пределах пикосекунд или фемтосекунд — невозможно представить, насколько это быстро. Для сравнения: количество фемтосекунд в секунде намного больше, чем количество секунд в жизни человека.

Существующие камеры снимают изображение последовательно, кадр за кадром. Некоторые процессы можно снимать, повторяя их много раз и каждый раз делая снимок на нужной стадии. Однако проблема в том, что множество процессов в физике и химии (например, взаимодействие частиц или фотосинтетические реакции) единичны и неповторимы, и даже довольно простые химические реакции не будут в каждом эксперименте протекать полностью одинаково.

Имеющиеся технологии позволяют снимать с частотой 1 тГЦ события длительностью в пикосекунду, но ученым этого недостаточно — такие камеры не способны фиксировать спектрально-сложные сигналы, поэтому несовместимы с методами спектрометрии, крайне важными в физике и химии. Кроме того, камеры снимают с помехами и обладают малым углом разрешения.

Новая технология физиков из Швеции основана на инновационном алгоритме, который вместо последовательной съемки захватывает несколько закодированных изображений в одном кадре. Затем эти изображения разделяются и из них формируется видеоряд.

Суть метода в том, что на объект съемки (например, химическую реакцию) воздействуют светом в форме лазерных импульсов, а каждому световому импульсу дается уникальный код. Объект отражает эти импульсы (сигнал изображения) с точно такой же кодировкой. Эти сигналы изображения сливаются в один снимок. Затем, в компьютерной программе, снимок разделяются на отдельные кадры с помощью ключа шифрования.

Чтобы продемонстрировать способности технологии, ученые применили «золотой стандарт» ультрабыстрой съемки — зафиксировали с ее помощью свет (пучок фотонов), который преодолевает дистанцию размером с толщину листа бумаги. На видео этот процесс удалось замедлить в триллион раз, благодаря чему свет в макромасштабе стал практически стационарным.

«Это неприменимо ко всем процессам в природе — только к некоторым. Например, к вспышкам плазмы, взрывам, турбулентному горению, активности мозга животных или химическим реакциям. Сегодня мы можем заснять столь экстремально быстрые процессы», — сказал один из авторов исследования Элиас Кристенссон.

Основной объект изучения авторов технологии — горение. Это сложный физико-химический процесс, регулируемый множеством факторов на молекулярном уровне, которые крайне трудно зафиксировать. Именно для его исследования ученые и создали новый метод съемки. Исследователи назвали технологию FRAME (Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures) — «Алгоритм распознавания частоты для множественных воздействий».

С помощью алгоритма можно будет запечатлевать сверхбыстрые процессы в химии, физике биологии и биомедицине. Уже создан прототип этой технологии, а это значит, что в течение примерно двух лет ее смогут использовать большинство ученых.

Статья опубликована в журнале Light: Science & Applications.

Ранее ученым из МФТИ удалось пронаблюдать сверхбыстрые изменения в молекулах с помощью лазеров.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы