每秒摄10 万亿次！加州理工造出世界最快相机，可记录光的慢动作

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当你按下激光笔按钮时，看起来似乎整个光束是一瞬间就出现的。但实际上，光子也是像水管中的水一样射出的，只是速度太快，所以我们无法看清楚过程。

但这或许只是对人眼来说太快了。

加州理工学院和魁北克大学的研究人员发明了目前世界上最快的相机，该相机可以在一秒钟拍摄 10 万亿次，这足以记录光在空间中穿行的过程。这种超高时间分辨率的相机，主要基于一种称为压缩超快速摄影（CUP）的技术。这项研究最近发表在 Light: Science & Applications 杂志上。

图 | 每秒万亿帧的压缩超快速摄影系统。（来源：魁北克大学国立科学研究院）

近年来，在非线性光学和成像技术的创新为生物学和物理学动态现象的显微分析提供了高效的方法。但提高这些方法还需要一种能够在非常短暂的时间内实时成像的技术。

利用当前的成像技术，对超短极光脉冲的测量还需要重复多次，这差不多可以用来测量一些类型的惰性样品，但对于更脆弱的样品来说还不够。例如，激光雕刻玻璃只能容忍一个激光脉冲，留下不到一皮秒的时间来捕获结果。在这种情况下，成像技术必须能够实时捕获整个过程。

CUP 技术是一个很好的起点。可以在一秒内锁定 1000 亿帧图像。但这种方法还不符合集成飞秒激光器所需的规格。新的 T-CUP 改进了这项技术。该技术基于飞秒条纹相机开发，并采用了在断层成像技术中使用的数据采集类型，通过计算，研究者可获得 10 万亿帧图像。

图 | 飞秒激光脉冲在 2.5 Tfps 聚焦的实时成像（来源：Light: Science & Applications）

“我们知道，仅使用飞秒条纹相机，图像质量会受到限制，”加州理工学院医学工程与电气工程学院教授、加州理工学院光学成像实验室主任 Lihong Wang 教授说，“为了改善这一点，我们还添加了另一台采集静态图像的相机。结合飞秒条纹相机获得的图像，我们可以通过 Radon 变换来获得高质量的图像，每秒钟可记录 10 万亿帧。”

T-CUP 创造了实时成像速度的世界纪录，可促进生物医学，材料科学和其他应用的新一代显微镜性能提高。该相机的时间分辨率使分析光与物质之间的相互作用成为了可能。

“这本身就是一项成就，”这项工作的主要作者 Jinyang Liang 说，他在进行相关研究时还是 COIL 的工程师，“我们已经看到了将速度提高到每秒一千万亿帧的可能性！”而这样的速度势必会为我们提供光和物质之间相互作用更清晰的图像，这或将揭示一些目前相机尚未检测到的秘密。

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编辑：戴青

参考：

http://www.inrs.ca/english/actualites/worlds-fastest-camera-freezes-time-10-trillion-frames-second

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