Vad händer när en ny teknik är så exakt att den fungerar i en skala bortom våra karakteriseringsförmåga? Till exempel, lasrarna som används på INRS producerar ultrakortpulser i femtosekundområdet (10 ^-15 s), som är alldeles för kort för att visualisera. Även om vissa mätningar är möjliga, ingenting slår en tydlig bild, säger INRS -professor och ultrasnabb bildspecialist Jinyang Liang. Han och hans kollegor, ledd av Caltechs Lihong Wang, har utvecklat vad de kallar T-CUP:världens snabbaste kamera, kan fånga 10 biljoner (10 ¹³ ) bildrutor per sekund (fig. 1). Denna nya kamera gör det bokstavligen möjligt att frysa tiden för att se fenomen - och till och med ljus - i extremt långsam rörelse.

Under de senaste åren har korsningen mellan innovationer inom icke-linjär optik och bildbehandling har öppnat dörren för nya och mycket effektiva metoder för mikroskopisk analys av dynamiska fenomen inom biologi och fysik. Men att utnyttja potentialen i dessa metoder kräver ett sätt att spela in bilder i realtid med en mycket kort tidsupplösning - i en enda exponering.

Med hjälp av nuvarande bildteknik, mätningar som görs med ultrakorte laserpulser måste upprepas många gånger, som är lämplig för vissa typer av inerta prover, men omöjligt för andra mer ömtåliga. Till exempel, lasergraverat glas tål endast en enda laserpuls, lämnar mindre än en picosekund för att fånga resultaten. I så fall, bildtekniken måste kunna fånga hela processen i realtid.

Komprimerad ultrasnabb fotografering (CUP) var en bra utgångspunkt. Med 100 miljarder bilder per sekund, denna metod närmade sig, men träffades inte, specifikationerna som krävs för att integrera femtosekundlasrar. För att förbättra konceptet, det nya T-CUP-systemet utvecklades baserat på en femtosekund-streak-kamera som också innehåller en datainsamlingstyp som används i applikationer som tomografi.

"Vi visste att vi bara använde en femtosekund -serie kamera, bildkvaliteten skulle vara begränsad, "säger professor Lihong Wang, Bren -professorn i medial teknik och elektroteknik vid Caltech och direktören för Caltech Optical Imaging Laboratory (COIL). "Så för att förbättra detta, vi lade till en annan kamera som får en statisk bild. Kombinerat med den bild som förvärvats av femtosekund -seriekameran, Vi kan använda det som kallas en Radontransformation för att få högkvalitativa bilder medan vi spelar in tio biljoner bilder per sekund. "

Sätter världsrekord för bildhastighet i realtid, T-CUP kan driva en ny generation mikroskop för biomedicinska, materialvetenskap, och andra applikationer. Denna kamera representerar en grundläggande förskjutning, gör det möjligt att analysera interaktioner mellan ljus och materia med en oöverträffad tidsupplösning.

Första gången den användes, den supersnabba kameran bröt ny mark genom att fånga den tidsmässiga fokuseringen av en enda femtosekund laserpuls i realtid (fig. 2). Denna process spelades in i 25 bilder tagna med ett intervall på 400 femtosekunder och detaljerade ljuspulsens form, intensitet, och lutningsvinkel.

"Det är en prestation i sig, "säger Jinyang Liang, den ledande författaren till detta verk, som var ingenjör i COIL när forskningen genomfördes, "men vi ser redan möjligheter att öka hastigheten till upp till en kvadrillion (10 exp 15) bildrutor per sekund!" Sådana hastigheter kommer garanterat att ge inblick i ännu inte upptäckbara hemligheter för samspelet mellan ljus och materia.