_ Împingerea limitelor de imagini optice prin procesarea de trilioane de cadre pe secundă

Impingerea pentru o viteză mai mare nu este doar pentru sportivi. Cercetătorii, de asemenea, pot realiza astfel de fapte cu descoperirile lor. Acesta este cazul Jinyang Liang, profesor la Institut national de la recherche scientifique (INRS) și echipa sa, ale cărei rezultate de cercetare au fost publicate recent în Nature Communications.

Grupul cu sediul la Énergie Matériaux de la INRS. Centrul de Cercetare pentru Telecomunicații a dezvoltat un nou sistem de camere ultrarapide care poate capta până la 156,3 trilioane de cadre pe secundă cu o precizie uluitoare. Pentru prima dată, este posibilă imaginea optică 2D a demagnetizării ultrarapide într-o singură fotografie.

Acest nou dispozitiv numit SCARF (pentru femtofotografie în timp real cu deschidere codată) poate surprinde absorbția tranzitorie într-un semiconductor și ultrarapid. demagnetizarea unui aliaj metalic. Această nouă metodă va ajuta la avansarea frontierelor cunoașterii într-o gamă largă de domenii, inclusiv fizica modernă, biologia, chimia, știința materialelor și inginerie.

Profesorul Liang este cunoscut în întreaga lume ca un pionier al imagistica ultrarapida. În 2018, el a fost principalul dezvoltator al unei descoperiri majore în domeniu, care a pus bazele dezvoltării SCARF.

Până acum, sistemele de camere ultrarapide au folosit în principal o abordare care implică capturarea secvenţială a cadrelor. de unul. Aceștia ar dobândi date prin măsurători scurte și repetate, apoi puneau totul împreună pentru a crea un film care a reconstruit mișcarea observată.

„Cu toate acestea, această abordare poate fi aplicată numai probelor inerte sau fenomenelor care se întâmplă exact. la fel de fiecare dată. Probele fragile, ca să nu mai vorbim de fenomene nerepetabile sau fenomene cu viteze ultrarapide, nu pot fi observate cu această metodă."

"De exemplu, fenomene precum ablația cu laser femtosecundă, unde de șoc interacțiunea cu celulele vii și haosul optic nu pot fi studiate în acest fel”, explică Liang.

Primul instrument dezvoltat de profesorul Liang a ajutat la completarea acestui gol. Sistemul T-CUP (Fotografie ultrarapidă comprimată de trilioane de cadre pe secundă) s-a bazat pe imagistica pasivă femtosecundă capabilă să obțină zece trilioane (1013) de cadre pe secundă. Acesta a fost un prim pas major către imagistica ultrarapidă, cu o singură fotografie, în timp real.

Totuși, au rămas provocări.

„Multe sisteme bazate pe fotografii ultrarapide comprimate trebuie să facă față datelor degradate. calitate și trebuie să schimbe adâncimea secvenței câmpului vizual. Aceste limitări sunt atribuite principiului de funcționare, care necesită forfecarea simultană a scenei și a deschiderii codificate", continuă Liang.

SCARF depășește aceste provocări. Modalitatea sa de imagistică permite măturarea ultrarapidă a diafragmei codificate statice, fără a forfecare fenomenul ultrarapid. Aceasta oferă rate de codare în secvență completă de până la 156,3 THz la pixeli individuali pe o cameră cu un dispozitiv cuplat la încărcare (CCD). Aceste rezultate pot fi obținute într-o singură fotografie, la rate de cadre reglabile și la scară spațială, atât în ​​modul de reflexie, cât și în cel de transmisie.

SCARF face posibilă observarea fenomenelor unice care sunt ultrarapide, nerepetabile sau greu de reprodus , cum ar fi mecanica undelor de șoc în celulele vii sau materie. Aceste progrese ar putea fi utilizate pentru a dezvolta produse farmaceutice și tratamente medicale mai bune.

În plus, SCARF promite rezultate economice foarte atrăgătoare. Două companii, Axis Photonique și Few-Cycle, lucrează deja cu echipa profesorului Liang pentru a produce o versiune comercializabilă a descoperirii lor în curs de brevet. Aceasta reprezintă o mare oportunitate pentru Quebec de a-și consolida poziția deja de invidiat ca lider în fotonică.

Lucrul a fost realizat în Laboratorul Advanced Laser Light Source (ALLS) în colaborare cu profesorul François Légaré, directorul Centrului de Cercetare în Telecomunicații Énergie Matériaux și colegii internaționali Michel Hehn, Stéphane Mangin și Grégory Malinowski de la Institut Jean Lamour de la Université de Lorraine (Franța) și Zhengyan Li de la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong (China).

(Fluierul)