科學(xué)家發(fā)明史上最快相機(jī) 每秒可捕捉10萬(wàn)億幀

慢動(dòng)作視頻總能給我們的生活增添一絲樂(lè)趣，比如 YouTube 上的 Slo-Mo Guys �？上М�(dāng)前市面上的高端裝備，也不過(guò)每秒幾千幀。娛樂(lè)之外，高速攝影還能夠在研究等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，所以科學(xué)家們一直在努力推動(dòng)這個(gè)極限。好消息是，加州理工學(xué)院（Cal-tech）和法國(guó)國(guó)家安全研究所（INRS）的團(tuán)隊(duì)，剛剛開(kāi)發(fā)出了世界上最快的相機(jī)。

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去年，一直瑞典團(tuán)隊(duì)創(chuàng)下了 5 萬(wàn)億 fps 的紀(jì)錄，其基于早前的 4.4 萬(wàn)億 fps 系統(tǒng)的改進(jìn)。不過(guò)最新殺到的選手，輕松地前任紀(jì)錄保持者翻了個(gè)底朝天，快到甚至能夠捕捉到飛秒激光脈沖的一些細(xì)節(jié)。

為了研制新技術(shù)，團(tuán)隊(duì)從可以達(dá)到 1000 億 fps 的“壓縮超快速攝影”（簡(jiǎn)稱(chēng) CUP）系統(tǒng)著手。

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

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有鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了飛秒超快速掃描相機(jī)（femtosecond streak camera）和靜態(tài)相機(jī)，通過(guò)被稱(chēng)作 Radon 變換的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，來(lái)打造更先進(jìn)的新系統(tǒng) —— 它就是 T-CUP 。

論文主要合著者之一的 Lihong Wang 表示，如果只使用一臺(tái)飛秒超快速掃描相機(jī)，那圖像的質(zhì)量將相當(dāng)受限。為改善這點(diǎn)，我們加入了另一個(gè)攝像頭，它可以獲得靜態(tài)圖像。

將兩者相結(jié)合，我們可以使用所謂的 Radon 變換，來(lái)獲得高品質(zhì)的圖像、同時(shí)實(shí)現(xiàn)每秒 10 萬(wàn)億幀的記錄。

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首次測(cè)試時(shí)，相機(jī)通過(guò)捕捉單個(gè)飛秒激光脈沖，來(lái)證明了自身的價(jià)值。

其一共拍攝了 25 張照片，間隔時(shí)間都是 400 飛秒。與舊技術(shù)相比，T-CUP 系統(tǒng)讓研究人員能夠以慢很多的速度，看到光脈沖的形狀、強(qiáng)度、傾角變化。

它可以幫助我們看到更短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事件，最終揭開(kāi)超高速物理和生物學(xué)領(lǐng)域的新秘密。

當(dāng)然，研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有止步于 10 萬(wàn)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(wàn)億幀的可能性”。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《光科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications）期刊上。

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

[cnbeta編譯自：New Atlas , 來(lái)源：INRS]