Forskere designer verdens hurtigste ultraviolette kamera

Teamet af professor Jinyang Liang, specialist i ultrahurtig billeddannelse ved Institut national de la recherche scientifique (INRS), i samarbejde med et internationalt team af forskere, har udviklet det hurtigste kamera i verden, der er i stand til at optage fotoner i det ultraviolette (UV) område i realtid. Denne originale forskning er vist på forsiden af ​​det 10. nummer af tidsskriftet Laser &Photonics anmeldelser .

Komprimeret ultrahurtig fotografering (CUP) fanger hele processen i realtid og uovertruffen opløsning med kun et enkelt klik. Den rumlige og tidsmæssige information komprimeres først til et billede og derefter, ved hjælp af en rekonstruktionsalgoritme, det konverteres til en video.

Udvikling af et kompakt instrument til UV

Indtil nu, denne teknik var begrænset til synlige og nær-infrarøde bølgelængder, og dermed til en bestemt kategori af fysiske begivenheder. "Mange fænomener, der forekommer på meget korte tidsskalaer, finder også sted i en meget lille rumlig skala. For at se dem, du skal fornemme kortere bølgelængder. At gøre dette i UV- eller endda røntgenområdet er et bemærkelsesværdigt skridt mod dette mål, " siger Jinyang Liang, der ledede undersøgelsen.

At optage i denne nye række af bølgelængder og udvikle teknikken til et brugervenligt produkt, forskere designet et kompakt UV-CUP-system med Christian Yves Côté fra Axis Photonique Inc. via et akademisk-industri-samarbejde. Det nye system har en mønstret fotokatode, som bruges til samtidig at detektere og kode sort lys. "Som et standardkamera, vores teknologi er passiv. Det producerer ikke lys; den modtager den. Derfor, vores fotokatode skulle være følsom over for de fotoner, der udsendes som UV-lys. Dette design gør vores teknik til et selvstændigt system, der nemt kan integreres i forskellige eksperimentelle platforme, " siger Jinyang Liang, som har bidraget til udviklingen af ​​CUP siden sin postdoc.

Liang arbejdede sammen med François Légaré, også en INRS professor, at generere og tage billeder af UV-impulser på laboratoriet Advanced Laser Light Source (ALLS).

Opdeling af genopbygningsproblemet

"At tage billedet er kun den første halvdel af jobbet, " siger Jinyang Liang. "Det skal også rekonstrueres." For at gøre dette, forskerne udviklede en ny algoritme, mere effektiv end standardalgoritmer, via deres samarbejde med Boston University. Dens styrke kommer fra en opgavefordeling. "I stedet for at løse genopbygningsproblemet som en klump, Algoritmen opdeler rekonstruktionen i mindre problemer, som den løser individuelt, " forklarer professor Liang.

Med innovationerne inden for både hardware og software, UV-CUP har en billedhastighed på 0,5 billioner billeder i sekundet. Den producerer videoer med 1500 billeder i stort format. Som billedkamera med lyshastighed, UV-CUP ser flyvende UV-fotoner i realtid. "Det fascinerer mig altid, når du kan se det hurtigste objekt i universet i så stor detalje, " siger Yingming Lai, en kandidatstuderende ved INRS og artiklens første forfatter.

Enheden udviklet gennem dette internationale samarbejde vil blive sendt til forskningslaboratoriet SOLEIL Synchrotron i Frankrig for at visualisere fysiske fænomener. Det kunne fange laser-plasma generation, et fænomen, der er afgørende for at udlede bestemte egenskaber ved materialer, og UV-fluorescens, hvilket er vigtigt i medicinsk billeddannelse for at identificere biomarkører forbundet med sygdomme.