Nejrychlejší kamera světa. Kredit: INRS.

V dnešní době se stále častěji setkáváme s přístroji, jejichž výkony nejsme schopni zaznamenat svými smysly. A někdy jsou úplně za hranicemi naší představivosti. Takovým přístrojem je i nová ultrarychlá kamera, momentálně nejrychleji snímající kamera světa. Jmenuje se T-CUP a dokáže snímat rychlostí 10 bilionů snímků za sekundu.

Optický inženýr Lihong Wang z Caltechu a jeho tým s touhle kamerou doslova zmrazí čas. Pak mohou zaznamenávat extrémně svižné jevy, které by jinak pro nás byly zcela nepostižitelné. S ďábelsky pohotovým T-CUPem je tím pádem možné sledovat interakce mezi světlem a hmotou v nanoměřítku a podobné záležitosti.

Lihong Wang. Kredit: Caltech.

Minulý rok jsme byli svědky, jak titul nerychlejší kamery světa získal švédským tým se svým přístrojem, který nafotí 5 bilionů snímků za sekundu. Nový šampion tedy dvojnásobně předstihuje svého předchůdce. Wang s kolegy použili technologii kompresní ultrarychlé fotografie CUP. Ta využívá femtosekundový laser a zvládá maximálně 100 miliard snímků za sekundu.

Zobrazení pulzu femtosekundového laseru v reálném čase. Kredit: Jinyang Liang, Liren Zhu & Lihong V. Wang.

Wangův tým využil femtosekundovou zábleskovou kameru (femtosecond streak camera) a zkombinoval ji se statickou kamerou. K získání dat použili metodu Radonovy transformace, která se užívá například ve své inverzní podobě při rekonstrukci snímků z počítačových tomografů, jak v lékařství, tak i v průmyslu. Tak vznikl systém nejrychlejší kamery světa T-CUP.

Podle Wanga bylo jejich týmu jasné, že když použijí jenom femtosekundovou zábleskovou kameru, tak kvalita výsledných snímků bude jen omezená. Proto přidali do systému statickou kameru a zpracovali data Radonovou transformací. Tím získali snímky o vysoké kvalitě, při rychlosti snímání 10 bilionů snímků za sekundu.

Když už Wang a spol. rekordně rychlou kameru postavili, tak ji taky vyzkoušeli. Fotili s ní jeden pulz femtosekundového laseru. Pořídili přitom celkem 25 snímků, během úseku dlouhého 400 femtosekund, z nichž je možné vyčíst změny ve tvaru, intenzitě a úhlu sklonu pozorovaného laserového pulzu, v mnohem pomalejším sledu, než kdykoliv dříve.

Podle autorů studie je jejich nová kamera samozřejmě úspěchem sama o sobě. Rozhodně se prý ale nehodlají zastavit na 10 bilionech snímků za sekundu. Jejich cílem je dosáhnout snové 1 biliardy, čili jednoho tisíce bilionů, snímků za sekundu. S takovou kamerou prolomíme ještě hlubší tajemství superrychlých jevů fyziky nebo biologie.

Video:   Lihong Wang: World's fastest camera for ultrafast phenomena provides temporal information

Literatura
INRS 11. 10. 2018, Light: Science & Applications 7: 42.