Канадские и американские исследователи разработали инновационную методику получения изображений, которая может ознаменовать начало новой эры в микроскопии.
Профессор Цзиньань Лян из Национального научно-исследовательского института Канады и его коллеги, руководимые Лихонгом Вангом, создали камеру, получившую название T-CUP, которая является самой быстрой на сегодняшний день. Она способна производить 10 триллионов (10 13) кадров в секунду. Камера позволяет буквально «заморозить» время, позволяя рассмотреть феномены — даже свет — в экстремально замедленном режиме. Работа описана в статье журнала Light: Science & Applications.
Интеграция инноваций в области нелинейной оптики и визуализации в последние годы привела к появлению новых, высокопроизводительных подходов в микроскопическом анализе динамических процессов, встречающихся в биологии и физике. Для реализации потенциала этих методов необходим способ регистрации изображений в реальном времени с высоким временным разрешением и за один цикл.
Применение современных методов визуализации требует многократного повторения измерений с использованием ультракоротких лазерных импульсов. Такой подход допустим для определенных видов неподвижных образцов, однако он неприменим к более хрупким. Так, лазерная гравировка на стекле может выдержать только один лазерный импульс, оставляя меньше пикосекунды для регистрации результатов. В таком случае техника визуализации должна быть способна заснять весь процесс в реальном времени.
Сжатая сверхбыстрая фотография (compressed ultrafast photography, CUP) стала перспективным началом. Несмотря на скорость в 100 миллиардов кадров в секунду, этот метод не в полной мере соответствовал требованиям, предъявляемым к интеграции с фемтосекундными лазерами. Для совершенствования концепции на основе фемтосекундной камеры была разработана новая система T-CUP.
«Мы предвидели, что использование фемтосекундной камеры приведет к получению изображения с недостаточным качеством, — отмечает профессор Лихонг Ванг. — Для улучшения результатов мы дополнительно использовали камеру, фиксирующую статичное изображение. Объединив это изображение с кадром, полученным фемтосекундной камерой, мы можем применить так называемую радонную трансформацию, чтобы получить высококачественные снимки при скорости записи в 10 триллионов кадров в секунду».
T-CUP установил мировой рекорд скорости визуализации в реальном времени и способен использоваться в новом поколении микроскопов в биомедицине, материаловедении и других областях. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг в науке, позволяя анализировать взаимодействия между светом и веществом при беспрецедентном временном разрешении.