Entre los diversos parámetros de la fotografía, la obtención de imágenes continuas de procesos dinámicos microscópicos ultrarrápidos requiere altas velocidades de fotogramas y una alta resolución espaciotemporal. En los sistemas de imágenes actuales, estas características están comprometidas.
Sin embargo, científicos de la Universidad de Shenzhen en China desarrollaron recientemente un sistema de imágenes ultrarrápido totalmente óptico con alta resolución espaciotemporal y alta velocidad de fotogramas. Dado que este método es totalmente óptico, elimina el cuello de botella causado por el escaneo con componentes mecánicos y electrónicos.
El diseño de estos inventos se centra en los amplificadores paramétricos ópticos no lineales (OPA). OPA es un cristal. Cuando un haz de señal deseado se ilumina simultáneamente con un haz de bomba de mayor frecuencia, este amplificador amplifica el haz de señal para producir otro haz, el llamado haz inactivo.
Debido a que el cristal utilizado en este estudio no es lineal, la señal inactiva se emite en una dirección diferente a la del haz de señal. Sin embargo, ¿cómo funciona un dispositivo de este tipo en un sistema de imágenes de alta velocidad? La respuesta está en los amplificadores operacionales en cascada. Cuando se activa el haz de bomba, la información del objetivo contenida en el haz de señal se asigna al haz loco a través del OPA. Debido a las diferentes direcciones de movimiento de la rueda loca, cuando el haz de señal pasa a la siguiente etapa de la cascada OPA, se puede capturar con una cámara CCD tradicional.
Como el agua en una cascada, el haz de señal llega al OPA que se encuentra debajo, que se activa mediante un haz de bomba generado por la misma fuente láser. En este momento, una línea de retardo hace que el haz de la bomba llegue un paso más tarde, lo que hace que la cámara CCD situada junto al segundo OPA tome fotografías un paso más tarde. Al conectar en cascada cuatro amplificadores operacionales, cuatro cámaras CCD asociadas y cuatro líneas de retardo de láser de bombeo diferentes, los científicos crearon un sistema que puede tomar cuatro fotografías en una sucesión muy rápida.
La velocidad a la que se pueden capturar imágenes sucesivas está limitada por lo pequeña que sea la diferencia entre las dos líneas de retardo del láser. En este sentido, el sistema logró una velocidad de fotogramas efectiva de 15 billones de fotogramas por segundo, estableciendo así un récord de velocidad de obturación para una cámara de alta resolución espacial. En cambio, la resolución temporal depende de la duración del pulso láser que activa el OPA y genera la señal inactiva. En este caso, el ancho del pulso es 50fs (millonésimas de nanosegundo). Junto con velocidades de cuadro increíblemente rápidas, este método puede observar fenómenos físicos ultrarrápidos, como rejillas de plasma de aire y campos de luz giratorios que giran a 10 billones de radianes por segundo.
Este método de obtención de imágenes todavía tiene margen de mejora, pero podría convertirse fácilmente en una nueva técnica de microscopía. Los estudios futuros desbloquearán el potencial de este enfoque y proporcionarán una comprensión más clara de los fenómenos transitorios ultrarrápidos.
La revista científica "Advanced Photonics" publicó este informe de investigación. Anatoly Zayaz, coeditor de la revista, presentó personalmente: "El equipo de la Universidad de Shenzhen demostró imágenes fotográficas ultrarrápidas y la velocidad de obturación estableció un récord para el tiempo más rápido. Esta investigación brinda nuevas oportunidades para el estudio de imágenes ultrarrápidas. procesos en diversos campos." ”