Новая камера фиксирует события за триллионную долю секунды

Исследователи из Восточно-Китайского нормального университета разработали революционный метод сверхбыстрой съёмки, позволяющий наблюдать процессы, длящиеся сотни фемтосекунд (триллионных долей секунды), с беспрецедентной детализацией. Новая технология, названная сжатым спектрально-временным когерентным модуляционным фемтосекундным изображением (CST-CMFI), фиксирует не только изменения яркости, но и фазовую информацию света.

«В физике, химии, биологии и материаловедении многие важные явления происходят невероятно быстро, — заявил руководитель исследования Юньхуа Яо. — Наша новая методика может зафиксировать полную эволюцию как яркости, так и внутренней структуры объекта за одно измерение. Это большой шаг вперёд для понимания фундаментальной природы материи».

Метод, описанный в журнале Optica, объединяет временно-спектральное картирование, сжатое спектральное изображение и когерентную модуляционную визуализацию. Система использует «чирп-импульс» лазера, где разные длины волн прибывают в слегка разное время, что позволяет связать время с длиной волны. Затем физическая нейронная сеть обрабатывает данные, восстанавливая интенсивность и фазу во времени, создавая «сверхбыстрое кино» за один кадр.

В ходе испытаний учёные смогли наблюдать формирование плазмы в воде после фемтосекундного лазерного импульса и динамику возбуждённых носителей заряда в селениде цинка (ZnSe).

«Используя CST-CMFI, мы смогли увидеть фазовые вариации, связанные с динамикой носителей, даже когда не было значительных изменений интенсивности, — отметил Яо. — Это подчёркивает ключевое преимущество нашего метода: фазовые измерения могут быть гораздо чувствительнее, чем измерения интенсивности, для обнаружения тонких сверхбыстрых процессов».

В будущем метод планируется применять для изучения динамики на границах раздела фаз и сверхбыстрых фазовых переходов. Для расширения возможностей технологии исследователи намерены объединить её со сжатой сверхбыстрой фотографией, что позволит независимо захватывать спектральную и временную информацию.