科學(xué)家研制出迄今速度最快的相機(jī)：每秒捕捉156萬(wàn)億幀圖像

加拿大科學(xué)家研制出迄今已知速度最快的相機(jī)，其能以每秒156萬(wàn)億幀的速度拍攝圖像。這種相機(jī)使科學(xué)家能管窺飛秒（萬(wàn)億分之一秒）內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象，從而幫助他們打造超快的磁存儲(chǔ)設(shè)備，并開創(chuàng)超聲波醫(yī)療新領(lǐng)域。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。

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新設(shè)備使用新穎的光學(xué)技術(shù)從超快激光的單個(gè)脈沖內(nèi)捕獲圖像

對(duì)超快現(xiàn)象成像面臨的主要挑戰(zhàn)是，此前即使最快的相機(jī)傳感器也只能以每秒數(shù)億幀的速度捕捉鏡頭，但自然界中許多事件的發(fā)生速度比這快五六個(gè)數(shù)量級(jí)。

2020年，加拿大魁北克大學(xué)國(guó)立科學(xué)研究院（INRS）團(tuán)隊(duì)借助“壓縮超快攝影”技術(shù)，將照相機(jī)的成像速度提高到每秒70萬(wàn)億幀。而在最新研究中，他們利用“掃頻編碼孔徑實(shí)時(shí)飛秒成像”（SCARF）技術(shù)，將這一速度提高了一倍多。

新SCARF相機(jī)的獨(dú)特之處在于其成像方式。通過(guò)超快速掃描靜態(tài)編碼孔徑，該相機(jī)能夠在不剪切超快現(xiàn)象的情況下捕獲圖像。這種創(chuàng)新方法使相機(jī)能夠以每秒156萬(wàn)億幀的速度捕捉極快的“啁啾”激光脈沖。在這些激光中，光的波長(zhǎng)被拉伸，使不同顏色的光在不同時(shí)間進(jìn)入傳感器，從而捕獲空間信息。隨后，先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法會(huì)對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將數(shù)萬(wàn)億幀中的每一幀轉(zhuǎn)換為清晰的圖像。

團(tuán)隊(duì)使用新設(shè)備為吸收激光脈沖光子的半導(dǎo)體，以及對(duì)合金膜消磁的激光拍了照片，后者對(duì)開發(fā)基于磁性的新型計(jì)算存儲(chǔ)器具有重要意義。該相機(jī)還有望記錄細(xì)胞對(duì)超聲波設(shè)備引起的沖擊波的反應(yīng)，從而對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。