Presionar por una mayor velocidad no es sólo para los atletas. Los investigadores también pueden lograr tales hazañas con sus descubrimientos. Este es el caso de Jinyang Liang, profesor del Instituto Nacional de la Investigación Científica (INRS), y su equipo, cuyos resultados de investigación se han publicado recientemente en Nature Communications. .
El grupo con sede en el Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications del INRS ha desarrollado un nuevo sistema de cámara ultrarrápida que puede capturar hasta 156,3 billones de fotogramas por segundo con una precisión asombrosa. Por primera vez, es posible obtener imágenes ópticas 2D de desmagnetización ultrarrápida en un solo disparo.
Este nuevo dispositivo llamado SCARF (para femtofotografía en tiempo real con apertura codificada por barrido) puede capturar la absorción transitoria en un semiconductor y la desmagnetización ultrarrápida de una aleación metálica. Este nuevo método ayudará a ampliar las fronteras del conocimiento en una amplia gama de campos, incluidos la física, la biología, la química, la ciencia de los materiales y la ingeniería modernas.
El profesor Liang es conocido en todo el mundo como pionero de la obtención de imágenes ultrarrápidas. En 2018, se desempeñó como desarrollador principal de un importante avance en el campo, que sentó las bases para el desarrollo de SCARF.
Hasta ahora, los sistemas de cámaras ultrarrápidas han utilizado principalmente un enfoque que implicaba capturar fotogramas secuencialmente uno por uno. Adquirirían datos a través de mediciones breves y repetidas y luego juntarían todo para crear una película que reconstruyera el movimiento observado.
"Sin embargo, este método sólo se puede aplicar a muestras inertes o a fenómenos que ocurren exactamente de la misma manera cada vez. Con este método no se pueden observar muestras frágiles, por no hablar de fenómenos no repetibles o fenómenos con velocidades ultrarrápidas". P>
"Por ejemplo, fenómenos como la ablación con láser de femtosegundo, la interacción de ondas de choque con células vivas y el caos óptico no se pueden estudiar de esta manera", explica Liang.
La primera herramienta desarrollada por el profesor Liang ayudó a llenar este vacío. El sistema T-CUP (Fotografía ultrarrápida comprimida de billones de fotogramas por segundo) se basó en imágenes pasivas de femtosegundos capaces de adquirir diez billones (10 13 ) cuadros por segundo. Este fue un primer paso importante hacia la obtención de imágenes ultrarrápidas en tiempo real con un solo disparo.
Sin embargo, aún persisten desafíos.
"Muchos sistemas basados en fotografías comprimidas ultrarrápidas tienen que hacer frente a una calidad de datos degradada y tienen que cambiar la profundidad de la secuencia del campo de visión. Estas limitaciones se deben al principio de funcionamiento, que requiere simultáneamente el corte de la escena y la apertura codificada", explicó Liang continúa.
SCARF supera estos desafíos. Su modalidad de imagen permite un barrido ultrarrápido de una apertura codificada estática sin cortar el fenómeno ultrarrápido. Esto proporciona velocidades de codificación de secuencia completa de hasta 156,3 THz para píxeles individuales en una cámara con un dispositivo de carga acoplada (CCD). Estos resultados se pueden obtener en una sola toma a velocidades de fotogramas y escalas espaciales ajustables, tanto en modo de reflexión como de transmisión.
SCARF permite observar fenómenos únicos, ultrarrápidos, no repetibles o difíciles de reproducir, como la mecánica de las ondas de choque en las células vivas o en la materia. Estos avances podrían utilizarse potencialmente para desarrollar mejores tratamientos médicos y farmacéuticos.
Además, SCARF promete beneficios económicos muy atractivos. Dos empresas, Axis Photonique y Few-Cycle, ya están trabajando con el equipo del profesor Liang para producir una versión comercializable de su descubrimiento pendiente de patente. Esto representa una gran oportunidad para que Quebec fortalezca su ya envidiable posición como líder en fotónica.
El trabajo se llevó a cabo en el Laboratorio de Fuente de Luz Láser Avanzada (ALLS) en colaboración con el Profesor François Légaré, Director del Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications, y los colegas internacionales Michel Hehn, Stéphane Mangin y Grégory Malinowski del Institut Jean Lamour de la Université de Lorraine (Francia) y Zhengyan Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (China).
Más información: Jingdan Liu et al, Femtofotografía en tiempo real con apertura codificada de barrido, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45820-z
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por INRS
