La cámara más rápida del mundo captura láseres moviéndose a 10 billones de fotogramas por segundo

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Tres investigadores del Instituto de Tecnología de California, han construido la cámara más rápida del mundo: La T-CUP.

El dispositivo T-CUP
Crédito: INRS

Sus antecesoras tenían una velocidad de fotogramas de cien mil millonésimas de segundo. Es imposible que nuestro cerebro imagine tal velocidad sin tener una referencia. Para que tengan una mejor idea, cien mil millonésimas de segundos es suficiente tiempo para que un rayo de luz recorra la longitud de una semilla de ajonjolí. Pero estas cámaras no eran lo suficientemente rápidas para realizar estudios a profundidad de la interacción entre luz y materia.

Los investigadores que trabajaban con láseres avanzados ya habían desarrollado una técnica llamada “enfoque temporal”, en la que se podía hacer que un pulso láser se disparara en períodos de tiempo increíblemente cortos y comprimidos. Todo el rayo de luz salía la vez, y los láseres enfocados temporalmente se comportaban de manera diferente a los láseres emitidos durante largos períodos de tiempo.

Imágenes en tiempo real del enfoque temporal de un pulso de láser de femtosegundo a 2.5 Tfps. Crédito: Jinyang Liang, Liren Zhu y Lihong V. Wang

Pero las cámaras existentes eran demasiado lentas para estudiarlas. Hubo algunas formas de solucionar este problema en otros ejercicios ultrarrápidos. A veces ejecutaban el mismo experimento una y otra vez frente a la misma cámara, demasiado lenta, hasta que haya reunido suficientes marcos de acción diferentes para unirlos en una sola película completa. Esto no funcionaría para estrellar un láser comprimido en una superficie como el vidrio grabado; los investigadores querían ver qué aspecto tenía, pero sabían que se vería diferente cada vez. No había forma de unir múltiples experimentos en una sola película.

Así que a los tres científicos se les ocurrió una tecnología que ellos llaman fotografía ultrarrápida (T-CUP) de 10 billones de fotogramas por segundo de disparo único. Siendo cien veces más rápida que el método de grabación ultrarrápido anterior , T-CUP funciona combinando datos de películas con datos de una imagen fija. Como describieron los investigadores en un artículo publicado el 8 de agosto en la revista Nature, T-CUP divide la imagen del láser en dos dispositivos: un grabador de movimiento y una cámara que realiza una exposición única de la escena. La cámara de video captura la escena al borde de lo que es posible ver. La cámara fija realiza una única y difuminada imagen del movimiento completo del láser.

Luego, una computadora combina los datos de las dos cámaras, utilizando la imagen difuminada de la cámara para llenar los huecos en la película. ¿El resultado? Un video de 450 por 150 píxeles que dura 350 cuadros.

“Es un logro en sí mismo”, dice Jinyang Liang, el autor principal de este trabajo, “pero ya vemos posibilidades de aumentar la velocidad hasta en mil billones (1015 ) ¡cuadros por segundo!” Seguramente, velocidades como esa ofrecerán información sobre secretos aún no detectables de las interacciones entre la luz y la materia.

Más información: Jinyang Liang et al, Imagen de femtosegundos en tiempo real de un solo disparo del enfoque temporal, Light: Science & Applications (2018). DOI: 10.1038 / s41377-018-0044-7

Fuente: Phys.org

 

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