La adquisición de imágenes de procesos ultrarrápidos es una tecnología vitalmente necesaria para muchos estudios físicos, químicos y biológicos de vanguardia. La última investigación realizada por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU y la Universidad Xi'an Jiaotong ha desarrollado con éxito una novela comprimidatécnica fotográfica ultrarrápida, que permite una velocidad de fotogramas ultra alta y un gran número de fotogramas. Una vez superadas las limitaciones existentes, la nueva técnica ofrece una herramienta importante para observar procesos transitorios complejos en el femtosegundo 10 -15 segundo escala de tiempo.
La fotografía ultrarrápida es una importante técnica de conducción que amplía la comprensión de los científicos sobre una variedad de procesos físicos o químicos transitorios. Basado en la técnica de bomba-sonda iniciada en la década de 1980, ganador del Premio Nobel de Química y científico nacido en Egipto Ahmed H. Zewailfue pionera en femtoquímica, lo que ha permitido el estudio de procesos ultrarrápidos hasta un femtosegundo 10 -1 5 s escala de tiempo.Sin embargo, el método de bomba-sonda captura solo un segmento de un proceso ultrarrápido a la vez, y solo puede aplicarse para medir procesos ultrarrápidos estables y repetibles.Se han realizado más avances en los últimos años.Los métodos como la imagen amplificada codificada en tiempo o frecuencia, y la cámara rayada comprimida permiten obtener imágenes de femtosegundos con una sola exposición.Aún así, las técnicas existentes de un solo disparo solo registran un número de fotogramas muy limitado a la velocidad de fotogramas más rápida de femtosegundos, o requieren el uso de cámaras muy costosas, lo que limita su rango de aplicación.
Recientemente, el Dr. Wang Lidai, Profesor Asistente del Departamento de Ingeniería Biomédica de CityU y el Profesor Chen Feng de la Universidad Xi'an Jiaotong han propuesto conjuntamente la novedosa fotografía ultrarrápida espectral-temporal CUST, que puede superar las limitaciones existentes en imágenesvelocidad, número de fotograma y resolución espectral. A través de la computación óptica innovadora, un pulso láser de femtosegundo puede codificarse digitalmente. La información temporal o espectral se comprime y reconstruye. Esta nueva técnica de imagen puede lograr simultáneamente alta velocidad de fotogramas, alto número de fotogramas y alto espectroresolución.
CUST puede lograr una velocidad de cuadro ultra alta de 3.85 billones de Hz 1 billón de Hz = 1012 Hz, pudiendo capturar más de 60 cuadros de imágenes ultrarrápidas con resolución espectral sub nanométrica ultra alta en una sola toma. Con CUST, la investigaciónEl equipo registró en tiempo real la propagación, la reflexión y el autoenfoque de los pulsos láser de femtosegundo, que son procesos ultrarrápidos con una duración de 20 picosegundos 1 picosegundos = 10 -1 2 s.Los resultados de la investigación se publican en el último número de Cartas de revisión física .
Otra ventaja de CUST es que no requiere cámaras rayadas costosas. Este sistema de imágenes ultrarrápidas se puede construir con dispositivos ópticos ordinarios que incluyen espejo, rejilla, láser de femtosegundo y sensor CCD, por lo que es más barato y fácil de utilizar ampliamente.
Como explicó el Dr. Wang, CUST se basa en el principio del acoplamiento espectral-temporal de pulsos láser de femtosegundo. También se utilizan algoritmos de imágenes computacionales. La fotografía CUST consta de tres pasos. Primero, se envía un pulso láser a través de un sistema de difracciónrejillas y lentes para permitir que las diferentes longitudes de onda del pulso láser se estiren en el dominio temporal por dispersión, formando un "pulso chirrido" de mayor duración. En segundo lugar, el pulso chirrido interactúa con el proceso ultrarrápido y diferentes componentes de las longitudes de onda pueden registrar diferentesinformación temporal del proceso ultrarrápido. Tercero, CUST realiza 2 codificaciones espaciales bidimensionales 2D en haz de luz, y utiliza dispersión para comprimir información espectral diferente en un plano CCD 2D. Finalmente, se reconstruyen múltiples imágenes ultrarrápidas con dimensiones espaciales y temporales.de la imagen 2D CDD usando un algoritmo de detección comprimido.
El Dr. Wang cree que esta investigación ha permitido adquirir imágenes de femtosegundos durante un largo período de tiempo con un amplio espectro, y facilitará la investigación de procesos ultrarrápidos en física, química y biología, como el registro de la propagación transitoria defotones y fonones en microestructuras de materiales avanzados y la propagación de señales eléctricas en neuronas, entre otros. El bajo costo también permite que más instituciones de investigación utilicen esta tecnología.
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Materiales proporcionados por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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