La adquisición de imágenes de procesos ultrarrápidos es una tecnología de vital necesidad para muchos equipos físicos de vanguardia. químico, y estudios biológicos. La última investigación realizada por la City University of Hong Kong (CityU) y la Xi'an Jiaotong University ha desarrollado con éxito una novedosa técnica fotográfica ultrarrápida comprimida, permitiendo tanto una velocidad de fotogramas ultra alta como un gran número de fotogramas. Habiendo superado las limitaciones existentes, La nueva técnica ofrece una herramienta importante para observar procesos transitorios complejos en el femtosegundo (10 ^-15 segundo) escala de tiempo.

La fotografía ultrarrápida es una técnica de conducción importante que amplía la comprensión de los científicos de una variedad de procesos físicos o químicos transitorios. Basado en la técnica de bomba-sonda inicializada en la década de 1980, ganador del Premio Nobel de Química y científico de origen egipcio Ahmed H. Zewail fue pionero en la femtoquímica, que ha permitido los estudios de procesos ultrarrápidos a un femtosegundo (10 ^-15 s) escala de tiempo. Todavía, el método de bomba-sonda captura solo un segmento de un proceso ultrarrápido a la vez, y solo se puede aplicar para medir procesos ultrarrápidos estables y repetibles. Se han realizado más avances en los últimos años. Métodos como imágenes amplificadas codificadas por tiempo o frecuencia, y la cámara de rayas comprimidas permiten obtener imágenes de femtosegundos con una sola exposición. Todavía, las técnicas de disparo único existentes solo registran números de fotogramas muy limitados a la velocidad de fotogramas más rápida de femtosegundos, o requieren el uso de cámaras de racha muy caras, limitando así su rango de aplicación.

Recientemente, Dr. Wang Lidai, El profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Biomédica de CityU y el profesor Chen Feng de la Universidad de Xi'an Jiaotong han propuesto conjuntamente la novedosa fotografía ultrarrápida comprimida espectral-temporal (CUST), que puede superar las limitaciones existentes en la velocidad de la imagen, número de fotogramas y resolución espectral. A través de la informática óptica innovadora, un pulso de láser de femtosegundos se puede codificar digitalmente. Luego, la información temporal o espectral se comprime y se reconstruye. Esta nueva técnica de imágenes puede lograr simultáneamente una alta velocidad de fotogramas, alto número de cuadros y alta resolución espectral.

CUST puede alcanzar una frecuencia de imagen ultra alta de 3,85 billones de Hz (1 billón de Hz =10 ¹² Hz), pudiendo capturar más de 60 cuadros de imágenes ultrarrápidas con una resolución espectral subnanométrica ultra alta en una sola toma. Con CUST, el equipo de investigación registró en tiempo real la propagación, Reflexión y autoenfoque de pulsos láser de femtosegundos, que son procesos ultrarrápidos con una duración de 20 picosegundos (1 picosegundo =10 ^-12 s). Los resultados de la investigación se publican en el último número de Cartas de revisión física .

Otra ventaja de CUST es que no requiere costosas cámaras de racha. Un sistema de imágenes ultrarrápido de este tipo se puede construir con dispositivos ópticos ordinarios, incluido un espejo, rejilla, láser de femtosegundo, y sensor CCD, haciéndolo más barato y más fácil de emplear ampliamente.

Como explicó el Dr. Wang, CUST se basa en el principio de acoplamiento espectral-temporal de pulsos de láser de femtosegundos. También se utilizan algoritmos de imágenes computacionales. La fotografía PERSONALIZADA consta de tres pasos. Primero, se envía un pulso láser a través de un sistema de rejillas de difracción y lentes para permitir que diferentes longitudes de onda del pulso láser se estiren en el dominio temporal por dispersión, formando un "pulso chirriante" de mayor duración. Segundo, el pulso chirrido interactúa con el proceso ultrarrápido y diferentes componentes de las longitudes de onda pueden registrar diferente información temporal del proceso ultrarrápido. Tercera, CUST realiza una codificación espacial bidimensional (2-D) en un haz de luz, y utiliza la dispersión para comprimir diferente información espectral en un plano CCD 2-D. Finalmente, Se reconstruyen múltiples imágenes ultrarrápidas con dimensiones espaciales y temporales a partir de la imagen CDD 2-D utilizando un algoritmo de detección comprimido.

El Dr. Wang cree que esta investigación ha permitido adquirir imágenes de femtosegundos durante un largo período de tiempo con un amplio espectro. y facilitará la investigación de procesos ultrarrápidos en física, química y biología, como registrar la propagación transitoria de fotones y fonones en microestructuras de materiales avanzados, y la propagación de señales eléctricas en neuronas, entre otros. El bajo costo también permite que más instituciones de investigación utilicen esta tecnología.