光是宇宙中最快的東西，所以想要在移動中捕捉到它是一項挑戰(zhàn)。我們已經(jīng)取得了一些成功，但是加州理工學(xué)院的科學(xué)家們建造的一個新設(shè)備每秒可以捕獲令人難以置信的10萬億幀，這意味著它可以在光傳播的過程中捕捉到光——而且他們計劃使它的速度提高一百倍。
了解光如何運動對很多領(lǐng)域來說都是至關(guān)重要的，所以這并不是單純的好奇心驅(qū)使著梁錦陽和他的同事們的努力——也不是說這有什么不對。但是，在物理、工程和醫(yī)學(xué)上有一些潛在的應(yīng)用，它們在很大程度上依賴于光在如此小、如此短的尺度下的行為，以至于它們處于可以測量的極限。
你可能聽說過十億和萬億fps的相機，但那些可能是“條紋相機”，做了一些作弊來達到這些數(shù)字。如果一束光可以被完美地復(fù)制，那么你就可以每毫秒發(fā)射一束光，但是相機的捕捉時間會被更小的部分抵消，比如幾飛秒(10億倍短)。當(dāng)它在這里的時候，你會捕捉到一個脈沖，下一個脈沖是在更遠的地方，下一個脈沖是在更遠的地方，以此類推。最終的結(jié)果是，這部電影在很多方面都無法與你以高速捕捉到的第一個脈沖區(qū)分開來。
這是非常有效的——但你不能總是指望能以同樣的方式產(chǎn)生百萬倍的光脈沖。也許你需要看看當(dāng)它通過一個精心設(shè)計的激光蝕刻透鏡時發(fā)生了什么，這個透鏡會被第一個脈沖所改變。在這種情況下，你需要實時捕捉第一個脈沖——這意味著不僅要以飛秒的精度記錄圖像，而且要相隔飛秒。這就是T-CUP方法的作用。它結(jié)合了一個條紋相機與第二個靜態(tài)相機和一個數(shù)據(jù)采集方法用于斷層攝影。“我們知道，如果只使用飛秒條紋相機，圖像質(zhì)量就會受到限制。”為了改進這一點，我們添加了另一個攝像頭來獲取靜態(tài)圖像。結(jié)合飛秒條紋相機獲得的圖像，我們可以使用所謂的氡變換來獲得高質(zhì)量的圖像，同時記錄每秒10萬億幀。事情就這么解決了!
無論如何，這種方法允許圖像——技術(shù)上的時空數(shù)據(jù)——以100飛秒的間隔被捕獲。這是每秒10萬億，或者如果他們想運行這么長時間的話，但是沒有足夠快的存儲陣列可以每秒寫10萬億的數(shù)據(jù)。所以他們現(xiàn)在只能讓它連續(xù)運行幾幀——在你看到的這個可視化的實驗中有25幀。這25幀顯示了飛秒長的激光脈沖通過分光鏡——注意在這個尺度下，光通過透鏡本身所需要的時間是非常重要的。你必須考慮到這些事情!
這種實時的精確程度是前所未有的，但是團隊還沒有完成。“我們已經(jīng)看到了將速度提高到10^15幀每秒的可能性!”梁在新聞稿中熱情地說道。在這樣的尺度上捕捉光的行為，以這種程度的保真度，這比我們幾年前所能做到的要高得多，而且可能會開創(chuàng)物理學(xué)和其他領(lǐng)域的全新研究領(lǐng)域。
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