Всегда интересно смотреть видео, снятые в режиме замедленной съемки скоростными камерами, лучшие из которых могут делать тысячи и десятки тысяч кадров в секунду. Но возможности новой сверхвысокоскоростной камеры, разработанной исследователями из Калифорнийского технологического института и организации INRS, значительно превышают возможности всего, что было создано ранее.
Эта камера способна снимать со скоростью 10 триллионов кадров в секунду и такой скорости уже достаточно для того, чтобы исследовать все тонкости процессов взаимодействия материи со светом, происходящих на наноразмерном уровне.
Отметим, что обладателем рекорда по скорости съемки до последнего времени была камера, созданная шведскими учеными в прошлом году, способная снимать со скоростью 5 триллионов кадров в секунду. Шведы, в свое время, отобрали пальму первенства у японцев, камера которых снимала со скоростью 4.4 триллиона кадров в секунду. Новая же камера уходит вперед с отрывом в два раза по скорости съемки и это позволяет ее разработчикам надеяться на то, что их детище сумеет продержаться на первой позиции достаточно длительное время.
В основе новой камеры лежит технология сверхскоростной сжатой фотосъемки (compressed ultrafast photography, CUP), которая, сама по себе, способна обеспечить съемку со скоростью порядка 100 миллиардов кадров в секунду. Это, конечно, очень большая скорость, но ее недостаточно для того, чтобы заснять распространение импульса лазерного света, длительность которого исчисляется фемтосекундами, квадриллионными долями секунды для справки.
В новой камере использованы две камеры, полосовая фемтосекундная камера и статическая камера, объединенные в единую систему. В основе работы системы управления лежит метод получения, накопления и обработки данных, известный под названием преобразований Радона (Radon transformation). И эта сложная система получила название T-CUP.
«Мы знали о том, что при использовании только полосовой фемтосекундной камеры, качество получаемых нами изображений будет весьма ограничено» — рассказывает Лихонг Ван (Lihong Wang), ведущий исследователь, — «Для улучшения качества работы системы мы добавили камеру, снимающую статическое изображение. Данные от этой камеры, объединенные с данными фемтосекундной камеры, пропущенные через сложнейшую математическую обработку, позволяют нам получить высококачественный видеоряд, снятый со скоростью в 10 триллионов кадров в секунду».
Новая камера T-CUP полностью подтвердила свои характеристики на первых же проведенных испытаниях, сняв процесс распространения импульса лазерного света. При этом, камерой было сделано 25 снимков через интервал времени, равный 400 фемтосекундам. И, анализируя полученные снимки, ученые получили возможность увидеть вживую изменения формы импульса, интенсивности и других его характеристик с большей временной разрешающей способностью, чем это было возможно ранее.
И в заключение следует отметить, что новая камера позволит ученым изучить более короткие события и явления, которые раньше ускользали от людей, вооруженных более медленными инструментами. А разработчики камеры T-CUP планируют продолжить работы по совершенствованию своего детища, что позволит им шагнуть гораздо дальше отметки в 10 триллионов кадров в секунду.
«Создание новой камеры уже само по себе является большим достижением» — рассказывает Джинайанг Лиэнг (Jinyang Liang), один из исследователей, — «Но уже сейчас мы видим некоторые возможность, которые позволят нам увеличить скорость съемки до одного квадрильона кадров в секунду!».
