Создана сверхбыстрая камера для съемки невидимых объектов

Американские ученые усовершенствовали самую быструю камеру в мире для того, чтобы снимать прозрачные объекты и невидимые процессы типа ударных волн или лазерных импульсов. Описание приведено в журнале Science Advances.

Чуть больше года назад профессор Калифорнийского технологического института Лихун Ван (Lihong Wang) разработал самую быструю в мире камеру — устройство, способное делать 10 триллионов снимков в секунду. Оно настолько быстрое, что может даже показать движение света в замедленной съемке. Но это устройство не годилось для съемки прозрачных объектов или процессов, происходящих в прозрачных средах.

Теперь же Лихун Ван и его коллеги представили новую разработку, сочетающую в себе сверхбыструю камеру, способную производить один триллион снимков в секунду, и фазово-контрастный микроскоп. Устройство позволяет получать сверхбыстрые изображения прозрачных объектов и даже таких невидимых явлений, как ударные волны или лазерные импульсы.

Метод фазово-контрастной микроскопии был разработан почти 100 лет назад голландским физиком Фрицем Цернике, чтобы обеспечить визуализацию прозрачных объектов, таких как клетки, которые по большей части состоят из воды. Метод основан на том, что световые волны замедляются или ускоряются, проходя через различные материалы. Например, если луч света проходит через кусок стекла, он замедляется при входе в стекло и затем снова ускоряется при выходе из него. Эти изменения в скорости отражаются во времени прохождения волн. С помощью некоторых оптических приемов можно отличить свет, прошедший через стекло, от света, который не проходил через него, и стекло становится видимым для приборов.

"Мы адаптировали стандартную фазово-контрастную микроскопию, чтобы она обеспечивала очень быструю визуализацию, которая позволяет нам отображать сверхбыстрые явления в прозрачных материалах", — приводятся слова Лихун Вана в пресс-релизе института.

Сверхбыстрая визуализация достигается за счет разработанной Ваном сжатой технологии сверхбыстрого кодирования без потерь LLE-CUP. В отличие от большинства других технологий сверхбыстрого видеоизображения, которые последовательно выполняют серию изображений, система LLE-CUP делает один снимок, фиксируя все движение от начала до конца.

Новую технологию Ван назвал фазочувствительной сжатой сверхбыстрой фотографией. Чтобы показать возможности устройства, ученые сняли распространение ударной волны в водной среде и лазерного импульса в кристаллическом материале.

По словам исследователя, технология пока находится на ранней стадии разработки, но со временем сможет найти применение во многих областях физики, химии и биологии. При определенной доработке можно будет снять на видео даже как проходит сигнал через нейроны. Увидеть взаимодействие в сети нейронов позволят небольшие расширения нервных волокон, возникающие при прохождении сигналов.

"Мы надеемся увидеть небольшое расширение нервных волокон при прохождении сигналов через нейроны. А в нейронной сети мы, возможно, сможем увидеть их связь в реальном времени", — говорит ученый. Кроме того, по его словам, поскольку температура, как известно, изменяет фазовый контраст, система "способна изобразить, как фронт пламени распространяется в камере сгорания".