Las cámaras de alta velocidad pueden tomar fotografías en rápida sucesión. Esto las hace útiles para visualizar fenómenos dinámicos ultrarrápidos, como la ablación láser de femtosegundos para procesos precisos de mecanizado y fabricación, encendido rápido para sistemas de energía de fusión nuclear, interacciones de ondas de choque en células vivasy ciertas reacciones químicas.
Entre los diversos parámetros de la fotografía, la obtención de imágenes secuenciales de procesos dinámicos ultrarrápidos microscópicos requiere altas velocidades de fotogramas y altas resoluciones espaciales y temporales. En los sistemas de imágenes actuales, estas características se contraponen entre sí.
Sin embargo, los científicos de la Universidad de Shenzhen, China, han desarrollado recientemente un sistema de imágenes ultrarrápido totalmente óptico con altas resoluciones espaciales y temporales, así como una alta velocidad de fotogramas. Debido a que el método es totalmente óptico, está libre de los cuellos de botella quesurgen del escaneo con componentes mecánicos y electrónicos.
Su diseño se centra en amplificadores paramétricos ópticos OPA no colineales. Un OPA es un cristal que, cuando se irradia simultáneamente con un haz de luz de señal deseada y un haz de luz de bombeo de alta frecuencia, amplifica el haz de señal y produce otro haz de luzconocido como una rueda loca. Debido a que el cristal utilizado en este estudio no es colineal, la rueda loca se dispara en una dirección diferente a la del haz de señal. Pero, ¿cómo es útil este dispositivo en un sistema de imágenes de alta velocidad?
La respuesta está en OPA en cascada. La información del objetivo, contenida en el haz de señal, es mapeada en el haz loco por el OPA mientras el haz de la bomba está activo. Debido a que el loco se mueve en una dirección diferente, se puede capturarutilizando una cámara de dispositivo de carga acoplada CCD convencional "colocada a un lado" mientras el haz de señal se mueve hacia la siguiente etapa en la cascada OPA.
Al igual que la forma en que el agua descendería en una cascada, el rayo de señal llega al OPA posterior, y el rayo de la bomba generado por la misma fuente láser lo activa; excepto que ahora, una línea de retardo hace que el rayo de la bomba llegue más tarde, provocando que la cámara CCDjunto al OPA en la segunda etapa para tomar una foto más tarde.A través de una cascada de cuatro OPA con cuatro cámaras CCD asociadas y cuatro líneas de retardo diferentes para la bomba láser, los científicos crearon un sistema que puede tomar cuatro fotos en sucesión extremadamente rápida.
La velocidad de captura de imágenes consecutivas está limitada por lo pequeña que puede ser la diferencia entre dos líneas de retardo láser. En este sentido, este sistema logró una velocidad de fotogramas efectiva de 15 billones de fotogramas por segundo, una velocidad de obturación récord para alta velocidad espacial.-cámaras de resolución. Por el contrario, la resolución temporal depende de la duración de los pulsos láser que activan los OPA y generan las señales inactivas. En este caso, el ancho del pulso fue de 50 fs cincuenta millonésimas de nanosegundo. Junto con el marco increíblemente rápidovelocidad, este método es capaz de observar fenómenos físicos ultrarrápidos, como una rejilla de plasma de aire y un campo óptico giratorio que gira a 10 billones de radianes por segundo.
Según Anatoly Zayats, coeditor en jefe de Fotónica avanzada , "El equipo de la Universidad de Shenzhen ha demostrado la obtención de imágenes fotográficas ultrarrápidas con la velocidad de obturación más rápida récord. Esta investigación abre nuevas oportunidades para estudios de procesos ultrarrápidos en varios campos".
Este método de obtención de imágenes tiene margen de mejora, pero podría convertirse fácilmente en una nueva técnica de microscopía. La investigación futura desbloqueará el potencial de este enfoque para darnos una imagen más clara de los fenómenos transitorios ultrarrápidos
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Materiales proporcionado por SPIE - Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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