Исследователи из Восточно-Китайского педагогического университета создали новый метод визуализации, раскрывающий детали сверхбыстрых событий в микроскопическом мире. Установка позволяет фиксировать процессы, которые протекают за сотни фемтосекунд. Результаты исследования опубликованы в журнале Optica.
В физике, химии, биологии и материаловедении самые важные фундаментальные явления происходят с невероятной скоростью. Традиционные методы сверхбыстрой оптической визуализации имели существенный недостаток: они фиксировали только изменения яркости или интенсивности света и упускали при этом фазовую информацию, которая показывает, как свет изгибается или меняет скорость при прохождении через материал.
Новая технология, получившая название CST-CMFI, решает эту проблему. Она объединяет временное спектральное картирование, компрессионную спектральную визуализацию и когерентную модуляцию. Это позволяет за одно измерение фиксировать полную эволюцию как яркости, так и внутренней структуры объекта, что ранее было невозможно при съемке неповторяющихся одиночных событий.
Устройство сверхбыстрой камеры
Система работает с использованием чирпированного лазерного импульса, состоящего из множества различных длин волн, которые достигают объекта в немного разное время. Когда этот импульс взаимодействует с быстро меняющимся процессом, рассеянный свет собирает подробную пространственную, спектральную и фазовую информацию. Затем эти данные сжимаются в единое закодированное изображение.
Для расшифровки полученного снимка используется нейросеть. Алгоритм разделяет длины волн и восстанавливает интенсивность и фазу с течением времени. Поскольку каждая длина волны представляет собой конкретный момент, на выходе получается последовательность кадров, образующая полноценный видеоролик, снятый всего за одну реальную экспозицию.
Работоспособность технологии была успешно проверена на практике. Ученые смогли в деталях рассмотреть формирование плазмы в воде под воздействием лазера, а также зафиксировать поведение возбужденных электронов в полупроводнике. В будущем эта камера поможет улучшить мощные лазерные технологии, повысить эффективность солнечных элементов и создать еще более быструю микроэлектронику.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые обновили детектор электронов на своей установке MeV-UED. Теперь он может обрабатывать 1080 электронных импульсов в секунду.
