科學家發明史上最快相機 每秒可捕捉10萬億幀

慢動作視頻總能給我們的生活增添一絲樂趣，比如 YouTube 上的 Slo-Mo Guys 。可惜當前市面上的高端裝備，也不過每秒幾千幀。娛樂之外，高速攝影還能夠在研究等領域發揮更大的作用，所以科學家們一直在努力推動這個極限。好消息是，加州理工學院（Cal-tech）和法國國家安全研究所（INRS）的團隊，剛剛開發出了世界上最快的相機。

它能夠以每秒 10 萬億幀的速度來探索世界、足以揭示光與物質之間的納米級相互作用。

去年，一直瑞典團隊創下了 5 萬億 fps 的紀錄，其基於早前的 4.4 萬億 fps 系統的改進。不過最新殺到的選手，輕鬆地前任紀錄保持者翻了個底朝天，快到甚至能夠捕捉到飛秒激光脈衝的一些細節。

為了研製新技術，團隊從可以達到 1000 億 fps 的「壓縮超快速攝影」（簡稱 CUP）系統著手。

儘管千億 fps 看似很快，但距離真正捕捉到飛秒（一千萬億分之一秒）激光還差得很遠。

該相機有望揭開生物和物理等領域的謎題（圖自：INRS）

有鑒於此，研究團隊結合了飛秒超快速掃描相機（femtosecond streak camera）和靜態相機，通過被稱作 Radon 變換的數據採集技術，來打造更先進的新系統 —— 它就是 T-CUP 。

論文主要合著者之一的 Lihong Wang 表示，如果只使用一台飛秒超快速掃描相機，那圖像的質量將相當受限。為改善這點，我們加入了另一個攝像頭，它可以獲得靜態圖像。

將兩者相結合，我們可以使用所謂的 Radon 變換，來獲得高品質的圖像、同時實現每秒 10 萬億幀的記錄。

T-CUP 系統捕捉的「飛秒激光脈衝」（femtosecond laser pulse）實時影像

首次測試時，相機通過捕捉單個飛秒激光脈衝，來證明了自身的價值。

其一共拍攝了 25 張照片，間隔時間都是 400 飛秒。與舊技術相比，T-CUP 系統讓研究人員能夠以慢很多的速度，看到光脈衝的形狀、強度、傾角變化。

它可以幫助我們看到更短時間內發生的事件，最終揭開超高速物理和生物學領域的新秘密。

當然，研究團隊沒有止步於 10 萬億幀。研究一作 Jinyang Liang 表示：「這本身已是一件了不起的成就，但我們看到了將速度提升至每秒 一千萬億幀的可能性」。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《光科學與應用》（Light: Science & Applications）期刊上。

原標題為：《Single-shot real-time femtosecond imaging of temporal focusing》。

[編譯自：New Atlas , 來源：INRS]

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！