Возможно, вы уже видели новость, как доктор материаловедения

.
Возможно, вы уже видели новость, как доктор материаловедения собрал в гараже из говна и палок камеру, пишущую несколько миллиардов кадров в секунду и показал, как движется луч лазера.

Для гаражной поделки неплохо, но пора показать по-настоящему быстрые камеры.

Вот работа про SCARF.

Примерно 156 000 000 000 000 кадров/с.

Использует всего один лазерный импульс и обычную CCD-камеру. Ключевая идея — это полностью оптический подход с разделением по длине волны и маркировкой каждой длины волны оптически. Сейчас объясним, но важно, что это решает кучу проблем предыдущих методов.

Это вам не шарик снимать, как он лопается.

На эту штуку можно заснять движение электронов в полупроводниках, химические реакции на молекулярном уровне, взаимодействие лазера с веществом (например, лазерную абляцию), распространение света в рассеивающих средах (например, в тумане или тканях тела).

До камеры применяли многокадровые методы (воспроизводили событие сотни раз и потом совмещали кадры), стандартные матрицы (они упираются в миллионы кадров в секунду) и стрик-камеры (CUP) — очень быстрые, но по своей природе одномерные (снимают только линию). Можно было получить видео, но падало качество.

Лазерный импульс такой, что разные цвета (длины волн) приходят в разное время. Например, сначала прилетают красные фотоны, потом жёлтые, потом синие. Именно через цвет, которым лазер освещает объект, достигается нужная частота кадров. Импульс, пройдя через наблюдаемое явление (например, летящую световую волну), попадает на дифракционную решётку. Эта решётка работает как призма — она разделяет цвета в пространстве. Теперь у нас не просто импульс, а пространственно размазанная радуга, где каждая цветная полоска соответствует определённому моменту времени.

Представьте, что всё видео разложили по столу по кадру.

Дальше стоит статичная маска — это фильтр с нанесённым на него узором из прозрачных и непрозрачных квадратиков (кодирующая апертура). Поскольку разложенные кадры лежат в разных местах, на них попадают разные узоры с этого участка.

Теперь все кадры на столе пронумерованы.

Потом вторая дифракционная решётка собирает все цвета обратно в единое изображение.

Получается что-то вроде 3D-фотографии (когда зелёный и красный каналы смещены друг от друга), только это 156 триллионов D. Главное, не говорите это владельцам кинотеатров в Сочи!

Получается один кадр. Этот кадр выглядит как смазанная закодированная картинка. Но там вся информация о том, как менялось изображение в каждый момент времени. Зная точный узор маски и как он двигался во времени, алгоритм восстанавливает полную последовательность кадров — то есть, полноценное сверхскоростное видео. Типа красное в клеточку — первое, жёлтое в полосочку второе, синее в крестик — третье, всё это аккуратно кладём в видео и сшиваем.

Все манипуляции со временем происходят с помощью линз и решёток, без медленной электроники. Это и есть залог хорошей скорости.

Сняли:
— Пролёт импульса света через трафарет на скорости 116,3 Tfps.
— Сверхбыстрое поглощение в полупроводнике. Посветили мощным лазером на пластину из селенида цинка. Это вызвало мгновенное поглощение света, причём этот процесс был необратимым — лазер повреждал образец. Скорость съёмки 156,3 Tfps, а временное разрешение — 19 фемтосекунд.
— Сверхбыстрое размагничивание сплава. Тонкая плёнка GdFeCo теряет свои магнитные свойства под действием лазерного импульса. SCARF не только измерил время размагничивания (около 187 фемтосекунд), но и показал, что в разных участках образца процесс начинается с небольшой задержкой (36,6 фс) из-за наклонного падения лазера.
.
.
.
#технопорно
@F_S_C_P