Сверхскоростная камера получает снимки фотона в движении
Визуализация быстро протекающих процессов издавна была целью научной фотографии. Первая кинограмма бегущей лошади была получена в 1878 г., а спустя еще девять лет — заснята в полете сверхзвуковая пуля.
Тем не менее, подлинный прорыв в скоростной серийной фотосъемке (частота превысила 105 кадров в секунду) наступил в конце XX столетия. Совершенствование оптических датчиков на приборах с зарядовой связью позволило поднять частоту еще на два порядка, но затем прогресс затормозился из-за фундаментальных ограничений скорости записи и считывания электронных данных.
В выпуске Nature от 4 декабря инженеры-биомедики Университета Вашингтона в Сент-Луисе (штат Миссури) продемонстрировали технику двухмерной динамической визуализации, названную ими сверхскоростной компрессионной фотографией (compressed ultrafast photography, CUP), с максимальным быстродействием 1011 кадров в секунду.
Что особенно важно, такая скорость достигается при съемке однократных, не циклически повторяющихся событий и без применения обычного для методов скоростной съемки активного освещения. Благодаря этому CUP можно использовать для исследования динамики флуоресцентных или биолюминесцентных объектов.
В качестве примеров, демонстрирующих захватывающие перспективы, открываемые новым инструментом, авторы визуализировали отражение и преломление лазерного импульса, движение фотона в двух средах с разными коэффициентами преломления, сверхсветовое (не несущее информации) распространение и лазерную накачку.