Las cámaras de alta velocidad pueden tomar fotografías en rápida sucesión. Esto los hace útiles para visualizar fenómenos dinámicos ultrarrápidos, como la ablación láser de femtosegundos para procesos precisos de mecanizado y fabricación, encendido rápido para sistemas de energía de fusión nuclear, interacciones de ondas de choque en células vivas, y ciertas reacciones químicas.

Entre los diversos parámetros de la fotografía, La obtención de imágenes secuenciales de procesos dinámicos ultrarrápidos microscópicos requiere altas velocidades de cuadro y altas resoluciones espaciales y temporales. En los sistemas de imágenes actuales, estas características están en contrapartida entre sí.

Sin embargo, científicos de la Universidad de Shenzhen, Porcelana, han desarrollado recientemente un sistema de imágenes ultrarrápidas totalmente ópticas con altas resoluciones espaciales y temporales, así como una alta velocidad de fotogramas. Debido a que el método es totalmente óptico, está libre de los cuellos de botella que surgen al escanear con componentes mecánicos y electrónicos.

Su diseño se centra en amplificadores paramétricos ópticos (OPA) no colineales. Un OPA es un cristal que, cuando se irradia simultáneamente con un haz de luz de señal deseada y un haz de luz de bomba de alta frecuencia, amplifica el haz de señal y produce otro haz de luz conocido como loco. Debido a que el cristal utilizado en este estudio no es colineal, la rueda loca se dispara en una dirección diferente a la del haz de señal. Pero, ¿cómo es útil un dispositivo de este tipo en un sistema de imágenes de alta velocidad?

La respuesta está en las OPA en cascada. La información del objetivo, contenido en el haz de señal, es mapeado en la viga loca por el OPA mientras la viga de la bomba está activa. Debido a que la rueda loca se mueve en una dirección diferente, se puede capturar usando una cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD) convencional "colocada a un lado" mientras el haz de señal se mueve hacia la siguiente etapa en la cascada OPA.

Al igual que cómo el agua descendería en una cascada, el haz de señal alcanza el OPA posterior, y el rayo de bomba generado a partir de la misma fuente láser lo activa; excepto ahora, una línea de retardo hace que el rayo de la bomba llegue más tarde, haciendo que la cámara CCD junto a la OPA en la segunda etapa tome una foto más tarde. A través de una cascada de cuatro OPA con cuatro cámaras CCD asociadas y cuatro líneas de retardo diferentes para el láser de la bomba, los científicos crearon un sistema que puede tomar cuatro fotografías en una sucesión extremadamente rápida.

La velocidad de captura de imágenes consecutivas está limitada por lo pequeña que puede ser la diferencia entre dos líneas de retardo láser. A este respecto, este sistema logró una velocidad de fotogramas efectiva de 15 billones de fotogramas por segundo, una velocidad de obturación récord para las cámaras de alta resolución espacial. En cambio, la resolución temporal depende de la duración de los pulsos láser que activan los OPA y generan las señales inactivas. En este caso, el ancho del pulso era de 50 fs (cincuenta millonésimas de nanosegundo). Junto con la velocidad de fotogramas increíblemente rápida, este método es capaz de observar fenómenos físicos ultrarrápidos, como una rejilla de plasma de aire y un campo óptico giratorio que gira a 10 billones de radianes por segundo.

Según Anatoly Zayats, Coeditor en jefe de Fotónica avanzada , "El equipo de la Universidad de Shenzhen ha demostrado la obtención de imágenes fotográficas ultrarrápidas con la velocidad de obturación más rápida récord. Esta investigación abre nuevas oportunidades para estudios de procesos ultrarrápidos en varios campos".

Este método de obtención de imágenes tiene margen de mejora, pero podría convertirse fácilmente en una nueva técnica de microscopía. La investigación futura desbloqueará el potencial de este enfoque para darnos una imagen más clara de los fenómenos transitorios ultrarrápidos.