INRS研究人员设计了世界最快紫外线相机

据加拿大魁北克大学国立科学研究院官网近日报道,该校研究人员与一支国际研究团队合作开发出世界上最快速的紫外线相机,这款相机能实时记录处于紫外线波段的光子。

如今,我们的相机已经可以拍摄到高速运动的物体。常见的高速摄影场景包括荡在秋千上的小孩、高速飞行的鸟类等,甚至有的高速相机可以拍摄到高速运动中的子弹。那么,我们不禁会想,更快的东西,例如以光速运动的光子能被拍摄下来吗?

创新

近日,加拿大魁北克大学国立科学研究院(INRS)教授、超高速成像领域专家梁金阳(音译:Jinyang Liang)教授与一支国际研究团队合作开发出世界上最快速的相机,这款相机能实时记录处于紫外线波段的光子。这一原创性研究刊登在第十期《激光与光子评论》(Laser & Photonics Reviews)杂志的封面上。

世界最快紫外线相机问世

只要按一下,压缩超快摄影(CUP)就能以前所未有的分辨率实时捕捉整个过程。首先,时空信息被压缩到图像中,然后采用重构算法,转化成一个视频。

技术

迄今为止,这项技术仅限于可见光和近红外光波段,以及一类特定的物理事件。这项研究的领导者梁金阳表示:“许多在很短的时间尺度上发生的现象也是在很小的空间尺度上发生的。要看到它们,你就要感知更短的波长。在紫外线甚至X射线范围内做到这一点,是朝着这个目标迈出的显著一步。”

为了在新的波长范围内进行记录,以及将这项技术开发成一个用户友好的产品,研究人员与 Axis Photonique 公司的 Christian‐Yves Côté 一起进行学术工业合作,设计了一款紧凑的 UV-CUP 系统。这款新型系统具有图案化的光阴极,用于同时检测和编码“黑光”。与标准相机一样,我们的技术是被动的。它不会产生光线,而是接收光线。因此,我们的光阴极必须对作为紫外线发射的光子敏感。这项设计使我们的技术成为一款独立的系统,很容易集成到各个实验平台中。在成为博士后之后,梁金阳一直致力于开发 CUP。

世界最快紫外线相机问世

梁教授与加拿大 INRS 教授 François Légaré 一起在先进激光光源(ALLS)实验室生成并拍摄了紫外线脉冲图像。“位于 INRS 能量材料电信研究中心的卓越研究环境非常有帮助。当所有必要的设计、制造和分类能力在同一建筑中实现时,效率要高得多。”

梁金阳表示:“拍照只是完成了任务的前半部分。它也必须重构。”为了做到这一点,研究人员与波士顿大学合作开发出一个新型算法,它比标准算法更高效。其优势来源于任务的划分。梁教授解释道:“算法将重构问题划分为更小的问题来单独解决,不是作为一个整体来解决。”

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通过硬件与软件方面的创新,UV-CUP 具有每秒5千亿帧的成像速度。它以1500帧的大画幅产生视频。作为一个光速成像设备,UV-CUP 实时观察飞行的紫外线光子。INRS 研究生、论文第一作者赖英明(音译:Yingming Lai)表示:“让我深深着迷的是,你能如此细致地看到宇宙中最快的物体。”

这项国际合作开发出的设备,将被送到位于法国的研究实验室 SOLEIL 同步加速器来使物理现象变得可视化。它可以捕捉激光-等离子体的产生,这个现象对于推断材料的特定性质以及紫外线荧光来说很有必要,紫外线荧光对于医疗成像来说很重要,它可以分辨与疾病相关的生物标记物。

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