La cámara ultravioleta más rápida del mundo funciona a 500 mil millones de fotogramas por segundo

La fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) captura todo el proceso en tiempo real y con una resolución inigualable con un solo clic. La información espacial y temporal se comprime primero en una imagen y luego, utilizando un algoritmo de reconstrucción, se convierte en un video.


El equipo del profesor Jinyang Liang, especialista en imágenes ultrarrápidas del Institut national de la recherche scientifique (INRS), en colaboración con un equipo internacional de investigadores, ha desarrollado la cámara más rápida del mundo capaz de registrar fotones en el rango del ultravioleta (UV) en tiempo real. Esta investigación original aparece en la portada del décimo número de la revista Laser & Photonics Reviews.


La fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) captura todo el proceso en tiempo real y con una resolución inigualable con un solo clic. La información espacial y temporal se comprime primero en una imagen y luego, utilizando un algoritmo de reconstrucción, se convierte en un video.


Hasta ahora, esta técnica se limitaba a las longitudes de onda visible e infrarroja cercana y, por tanto, a una categoría específica de eventos físicos. “Muchos fenómenos que ocurren en escalas de tiempo muy cortas también ocurren en una escala espacial muy pequeña. Para verlos, necesita detectar longitudes de onda más cortas. Hacer esto en el rango de rayos ultravioleta o incluso de rayos X es un paso notable hacia este objetivo ”, dice Jinyang Liang, quien dirigió el estudio.


Para registrar en esta nueva gama de longitudes de onda y desarrollar la técnica en un producto fácil de usar, los investigadores diseñaron un sistema compacto UV-CUP con Christian-Yves Côté de Axis Photonique Inc. a través de una colaboración entre la academia y la industria. El nuevo sistema cuenta con un fotocátodo estampado, que se utiliza para detectar y codificar simultáneamente la "luz negra". “Como una cámara estándar, nuestra tecnología es pasiva. No produce luz, lo recibe. Por tanto, nuestro fotocátodo tenía que ser sensible a los fotones emitidos como luz ultravioleta. Este diseño hace de nuestra técnica un sistema autónomo que se puede integrar fácilmente en varias plataformas experimentales”, dice Jinyang Liang, quien ha estado contribuyendo al desarrollo de CUP desde su posdoctorado.


Liang trabajó con François Légaré, también profesor del INRS, para generar y tomar imágenes de pulsos UV en el laboratorio de Fuente de luz láser avanzada (ALLS). “El excelente entorno de investigación en el Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications del INRS es muy útil. Es mucho más eficiente cuando todas las capacidades necesarias de diseño, fabricación y caracterización están disponibles en el mismo edificio ".


Dividiendo el problema de la reconstrucción


“Tomar la fotografía es solo la primera mitad del trabajo”, dice Jinyang Liang. "También hay que reconstruirlo". Para hacer esto, los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo, más eficiente que los algoritmos estándar, a través de su colaboración con la Universidad de Boston. Su fuerza proviene de una división de tareas. “En lugar de resolver el problema de la reconstrucción como un solo conjunto, el algoritmo divide la reconstrucción en problemas más pequeños que aborda individualmente”, explica el profesor Liang.


Con las innovaciones tanto en hardware como en software, UV-CUP tiene una velocidad de imagen de 0,5 billones de fotogramas por segundo. Produce videos con 1500 cuadros en gran formato. Como generador de imágenes a la velocidad de la luz, UV-CUP ve fotones UV en tiempo real. “Siempre me fascina cuando puedes ver el objeto más rápido del universo con tanto detalle”, dice Yingming Lai, estudiante de maestría en INRS y primer autor del artículo.


El dispositivo desarrollado a través de esta colaboración internacional será enviado al laboratorio de investigación SOLEIL Synchrotron en Francia para visualizar fenómenos físicos. Podría capturar la generación de plasma láser , un fenómeno esencial para deducir ciertas propiedades de los materiales, y la fluorescencia ultravioleta, que es importante en las imágenes médicas para identificar biomarcadores relacionados con enfermedades.




Fuente: Institut national de la recherche scientifique (INRS)

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