1秒5000億張!世界最快相機問世,可拍到光速飛行的紫外光子

天空之城 2020/10/10 檢舉 我要評論

1827年,世界上第一張照片誕生,曝光時間長達8個小時;

1839年,世界上第一張拍到人像的照片誕生,曝光十分鐘,拍攝的是巴黎的坦普爾大街。當照片出來的時候,攝影師吃驚地發現,熙熙攘攘的大街上竟然沒有人,只在左下角出現了兩個人,一個是擦皮鞋的,一個是站著的皮鞋主人。這是因為曝光時間太長,活動的人都沒在底片上留下影像,只有這兩個幾乎不怎麼動的人影才有足夠的時間留在底片上。

現在的照相機已經可以隨意拍攝了,甚至高速運動中的子彈等物體,也可以用相機捕捉到。那麼更快的東西呢?比如以光速運動的光子,能夠拍下來嗎?

加拿大國立科學研究所(INRS)超快成像專家梁金揚教授的團隊,最近與國際研究人員合作,開發出了世界上最快的照相機,每秒鐘可以記錄5000億張圖像,可以拍攝飛行中的紫外光子,看到僅僅持續皮秒級的瞬態事件。僅僅只用了不到200年的時間,人類的科技水準就發展到可以拍攝宇宙中最快的東西了,你是不是覺得完全不可思議了呢?

梁教授的團隊通過與學術界和業界合作,開發出了小巧的UV-CUP成像系統。該系統具有圖案化的光電陰極,可以同時檢測和編碼黑光燈發出的紫外光——黑光燈又稱紫外線燈,裡面有過濾深紫色的材料,可以將可見光過濾掉,只允許紫外線通過。UV-CUP和標準相機類似,只是接收光而不會產生光,可以輕鬆集成到各種實驗平臺中。

能夠拍照只是完成了一半的工作,因為這只是將皮秒級瞬態事件的資訊壓縮到了資料獲取的快照中,這種快照與普通相機的完全不同,還需要通過重建演算法來生成視頻。研究人員為此和波士頓大學合作,開發了一種比標準演算法更有效的新演算法,通過硬體和軟體方面的創新,讓UV-CUP能以大幅面將1500幀圖像合成視頻,從而看到飛行中的紫外線光子。

皮秒是什麼概念呢?一秒鐘等於10^12皮秒,人眨眼的速度大約是0.25秒,也就是說這台UV-CUP相機可以捕捉到比你眨眼還快2500億倍的事件。這個概念中大家最為熟悉的可能就是皮秒鐳射了,通過超短脈寬的皮秒脈衝來精准祛除你臉上的黑色素、紋身等,從而達到美容的效果。

UV-CUP目前正在法國的一個研究實驗室中,它將被用於捕獲不同物理現象的實驗,包括鐳射等離子體的產生和紫外線螢光,未來或許可以幫助改善用於診斷疾病的醫學成像技術。

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