Первый в мире снимок фотонов в реальном времени

Физикам удалось невероятное: в режиме реального времени они сняли событие, длившееся ничтожную долю секунды

Устройство создано Канадским Национальным институтом научных исследований и носит название UV-CUP. CUP — это новая технология визуализации, которая используется для захвата сверхбыстрых событий со скоростью, измеряемой триллионами кадров в секунду. Однако до сих пор она ограничивалась видимыми длинами волн и длинами волн ближнего инфракрасного диапазона.

«Многие явления, которые происходят в очень коротких временных масштабах, также происходят и в очень малых пространственных масштабах», — пояснил Цзиньян Лян, возглавлявший исследование. «Чтобы увидеть их, нужно уловить более короткие волны. Выполнение этого в УФ или даже рентгеновском диапазонах — событие чрезвычайно важное».

Чтобы добиться этого, команде сначала пришлось разработать специальный фотокатод и интегрировать его в так называемую полосовую камеру — устройство, спроектированное специально для измерения сверхбыстрых оптических явлений. Также в процесс интегрировали новый алгоритм для извлечения данных и построения из них изображения.

«Нам нужно два шага, чтобы управлять этой камерой», — рассказал Лян. «Во-первых, информация о переходном событии при сборе данных сжимается в формат снимка. При этом он, разумеется, не похож фотографию, сделанную обычной камерой. Поэтому на втором этапе подключается алгоритм, который восстанавливает данные из «моментального» снимка в более удобном формате.»

В результате ученые получили «микрофильм» с длительностью от пикосекунды до наносекунды. Снимок вверху — это визуальная проекция УФ-импульсов, показывающая движение фотонов в реальном времени. Он был получен с помощью компактного устройства со скоростью обработки изображений 0,5 триллиона кадров в секунду!

В будущем команда надеется улучшить свою камеру UV-CUP, исследуя альтернативные материалы для фотокатода, эффективность которого в настоящее время ограничена. Еще одна цель — повышение скорости алгоритма и построения изображений с помощью ИИ.