Фотоны, крошечные частицы света, двигаются со столь большой скоростью, что для съемки их полета требуется очень сложное устройство, в котором объединяется сразу множество самых передовых технологий.

Не так давно исследователи из канадского Национального исследовательского института (Institut National de la Recherche Scientifique) закончили работу над тем, что смело можно назвать самой быстрой в мире ультрафиолетовой камерой.

Эта камера способна снимать сверхбыстрые события, длительность которых измеряется единицами пикосекунд, что достаточно для того, чтобы запечатлеть как фотоны ультрафиолетового света движутся в пространстве в режиме реального времени.

Созданная сверхскоростная ультрафиолетовая камера получила название UV-CUP (compressed ultrafast photography). Технология CUP — это достаточно новый метод съемки, обеспечивающий захват очень быстрых событий со скоростью в триллионы кадров в секунду. Но до последнего времени все CUP-камеры могли работать только в диапазонах видимого или близкого инфракрасного света.

«Множество явлений происходит за столь короткие промежутки времени и в столь малом объеме пространства, что увидеть их можно только в более коротковолновом диапазоне света» — рассказывает Цзиньян Лян (Jinyang Liang), ведущий исследователь, — «Создание высокоскоростной ультрафиолетовой и, возможно, рентгеновской камер позволит ученым воочию увидеть некоторые явления, а не опираться только на догадки в своих исследованиях».

Для того, чтобы получить возможность производить высокоскоростную съемку в ультрафиолетовом диапазоне, ученые разработали специальный фотокатод и интегрировали его в конструкцию так называемой полосовой камеры, изначально разработанной для измерения временных характеристик сверхбыстрых явлений.

Помимо этого, ученым пришлось разработать совершенно новые алгоритмы, которые выполняют превращение данных с камеры в визуальное изображение.

«Новая камера работает в два этапа» — рассказывает Цзиньян Лян, — «Сначала информация с камеры сжимается и формируется нечто вроде промежуточного снимка, который ничем не напоминает снимки, производимые обычными камерами. И на втором этапе специализированные реконструкционные алгоритмы, работающие в компьютере, превращают данные промежуточного снимка в последовательность кадров очень короткого видео».

Длительность видеороликов, снимаемых камерой UV-CUP, исчисляется наносекундами с дискретностью в единицы пикосекунд. И для того, чтобы обеспечить съемку подобных видеороликов, камера снимает со скоростью 0.5 триллиона кадров в секунду.

В своей дальнейшей работе исследователи планируют улучшить характеристики камеры UV-CUP, к примеру, альтернативные материалы для фотокатода позволят увеличить быстродействие камеры и ее эффективность. А внедрение технологий искусственного интеллекта в программное обеспечение позволит увеличить скорость реконструкции изображений и их качество.

В настоящее время первый опытный образец камеры UV-CUP уже находится на пути в SOLEIL Synchrotron, одну из французских научно-исследовательских лабораторий, где эта камера будет использоваться для съемок различных физических явлений и процессов.

В первую очередь камера будет использована в исследованиях, связанных с генерацией плазмы при помощи лазера, с изучением явления ультрафиолетовой флуоресценции, которое, в свою очередь, может стать основой новых методов медицинской съемки и диагностики различных заболеваний.