Höghastighetskameror kan ta bilder i snabb följd. Detta gör dem användbara för att visualisera ultrasnabba dynamiska fenomen, såsom femtosekundlaserablation för exakt bearbetning och tillverkningsprocesser, snabb tändning för kärnfusionsenergisystem, chock-våg interaktioner i levande celler, och vissa kemiska reaktioner.

Bland de olika parametrarna inom fotografering, den sekventiella avbildningen av mikroskopiska ultrasnabba dynamiska processer kräver höga bildhastigheter och höga rums- och tidsupplösningar. I nuvarande bildsystem, dessa egenskaper är i en avvägning med varandra.

Dock, forskare vid Shenzhen University, Kina, har nyligen utvecklat ett helt optiskt ultrasnabbt bildsystem med höga rums- och tidsupplösningar, samt en hög bildhastighet. Eftersom metoden är helt optisk, den är fri från flaskhalsarna som uppstår vid skanning med mekaniska och elektroniska komponenter.

Deras design fokuserar på icke-collinear optiska parametriska förstärkare (OPA). En OPA är en kristall som, när den samtidigt bestrålas med en önskad signalljusstråle och en högfrekvent pumpljusstråle, förstärker signalstrålen och producerar en annan ljusstråle som kallas en tomgång. Eftersom kristallen som används i denna studie är icke-kollinär, tomgången avfyras i en annan riktning än signalstrålens. Men hur är en sådan enhet användbar i ett höghastighetsavbildningssystem?

Svaret ligger i kaskad OPA. Information om målet, som finns i signalstrålen, mappas på tomgångsbalken av OPA medan pumpstrålen är aktiv. Eftersom tomgången rör sig i en annan riktning, den kan fångas med hjälp av en konventionell laddningskopplad enhet (CCD) kamera "inställd på sidan" medan signalstrålen rör sig mot nästa steg i OPA-kaskaden.

Precis som hur vatten skulle sjunka i ett vattenfall, signalstrålen når den efterföljande OPA, och pumpstrålen som genereras från samma laserkälla aktiverar den; utom nu, en fördröjningslinje gör att pumpstrålen anländer senare, vilket får CCD -kameran bredvid OPA i det andra steget att ta en bild senare. Genom en kaskad av fyra OPA:er med fyra tillhörande CCD -kameror och fyra olika fördröjningslinjer för pumplasern, forskarna skapade ett system som kan ta fyra bilder i extremt snabb följd.

Hastigheten för att ta bilder i följd begränsas av hur liten skillnaden mellan två laserfördröjningslinjer kan vara. I detta avseende, detta system uppnådde en effektiv bildhastighet på 15 biljoner bilder per sekund-en rekordslutartid för kameror med hög rumsupplösning. Omvänt, tidsupplösningen beror på varaktigheten av laserpulserna som utlöser OPA:erna och genererar tomgångssignalerna. I detta fall, pulsbredden var 50 fs (femtio miljoner av en nanosekund). Tillsammans med den otroligt snabba bildhastigheten, denna metod kan observera ultrasnabba fysiska fenomen, såsom ett luftplasmagaller och ett roterande optiskt fält som snurrar med 10 biljoner radianer per sekund.

Enligt Anatoly Zayats, Medredaktör för Avancerad fotonik , "Teamet vid Shenzhen -universitetet har visat ultrasnabb fotografisk avbildning med den rekordsnabbaste slutartiden. Denna forskning öppnar nya möjligheter för studier av ultrasnabba processer inom olika områden."

Denna avbildningsmetod har utrymme för förbättring men kan lätt bli en ny mikroskopiteknik. Framtida forskning kommer att frigöra potentialen i detta tillvägagångssätt för att ge oss en tydligare bild av ultrasnabba övergående fenomen.