Инженеры Исследовательского центра телекоммуникаций (INRS) в Канаде разработали самую быструю в мире камеру, которая может снимать с поразительной скоростью 156,3 трлн кадров в секунду. Не ждите от неё видео лопающихся шариков и пробивающих яблоко пуль — для неё это всё очень медленно и скучно. Новая камера фиксирует, как импульс света вязнет в пространстве, что поможет в материаловедении, физике, биологии и в других науках.
Центр INRS развивает собственную технологию высокоскоростной съёмки, основа для которой была создана десять лет назад. За это время специалисты последовательно подняли скорость со 100 млрд кадров в секунду (камера CUP) до 10 трлн (T-CUP) и 70 трлн (CUSP или compressed ultrafast spectral photography). Новая модификация платформы (камерой это трудно назвать) позволяет снимать процессы со скоростью 156,3 трлн кадров в секунду. Установка стала называться SCARF или «фемтофотография в реальном времени с кодированной диафрагмой».
Камера SCARF испускает «чирпированный» сверхкороткий импульс лазера, в котором частота изменяется в пределах импульса, который затем проходит через изображаемое событие или объект. По факту происходит следующее: аппарат фиксирует событие сначала на красных длинах волн, затем на оранжевых, желтых и далее по спектру до фиолетового. Поскольку событие происходит очень быстро, к тому времени, когда до него доходит каждый последующий «цвет», оно выглядит по-другому, что позволяет импульсу запечатлеть всё происходящее в целом за невероятно короткий промежуток времени — условно спектрально растянуть время, чем это позволил бы «монолитный» импульс.
После этого весь спектр пропускается через систему отражений, фокусировки, диафрагмирования и кодирования и лишь затем подают на сенсор в виде ПЗС-матрицы. Дальше всё просто — данные передаются в компьютер, и там изображение принимает свою форму, понятную для взгляда пользователя. В чистом виде съёмка с подобной скоростью работает в пределах событий, длящихся не более одной фемтосекунды. Если представить понятные для человека масштабы, то в одной секунде фемтосекунд столько же, сколько секунд проходит в течение 32 млн лет.
Ожидается, что новая камера позволит разглядеть такие явления, как ударные волны, проходящие сквозь материю или живые клетки. Работа опубликована в журнале Nature Communications. Выше можно посмотреть видео работы одной из предыдущих версий установки для съёмки со скоростью 10 трлн кадров в секунду.