Scisne?

Сверхбыстрая камера MIT позволяет снимать свет в движении

# 11 Окт 2015 20:08:26
Louiza

В Массачусетском технологическом институте создана сверхскоростная камера, с помощью которой удалось снять распространение света. "Скорострельность" этой камеры составляет один триллион кадров в секунду.

Сверхбыстрая камера MIT позволяет снимать свет в движении
Сверхбыстрая камера MIT позволяет снимать свет в движении

Сотрудник MIT Гарольд Эджертон (Harold Edgerton) получил всемирную известность благодаря своим снимкам со сверхкороткой выдержкой, сделанным в середине XX века: пуля, пробивающая яблоко, корона, образующаяся при падении капли в жидкость, взрыв атомной бомбы. Его дело продолжает Рамеш Раскар (Ramesh Raskar), адъюнкт-профессор в лаборатории MIT Media Lab.

Для создания сверхскоростной камеры использовался хронотрон — сверхчувствительное устройство для фиксации света, преобразующее поток фотонов в поток электронов. Раскар с коллегами нашли способ восстанавливать изображение по информации, получаемой от хронотрона.

Устройство сканирует и захватывает свет построчно, подобно катодному лучу в электронно-лучевых трубках. Каждая строка экспонируется менее 2 пикосекунд. Однако без сборки изображения из нескольких экспозиций, как это происходит в других проектах, обойтись не удалось: пространственное разрешение устройства слишком мало, и для сканирования достаточной области требуется порядка полутысячи проходов. Впрочем, и в этом случае видео с движущимся светом делается в пределах наносекунды.

При этом частота итогового изображения настолько велика, что за время между двумя кадрами свет проходит менее половины миллиметра.

Схожие попытки предпринимались и другими исследователями. Год назад перемещение луча света удалось снять польским учёным из Лазерного центра Института физической химии Польской академии наук и физического факультета Варшавского университета. Для формирования итогового видеоролика было сделано множество снимков распространяющегося фронта светового луча, каждый снимок с определённой задержкой после импульса. Совместив изображения, исследователи получили эффектное видео, но с меньшим пространственным и временным разрешением, чем у сотрудников MIT Media Lab.

Схожим образом удалось заснять движение света исследовательнице Женевьева Гэрипи (Genevieve Gariepy) из Института фотоники и квантовой теории Университета Хериот-Уотта (Heriot-Watt University). Полученное видеоизображение соответствует частоте съёмки 20 миллиардов кадров в секунду, но тоже является результатом сборки многочисленных отдельных кадров.

Super Fast Cameras

Magazine.good.is
# 11 Окт 2015 20:09:09
Louiza

Физики показали, как выглядят "световые пули"

Запечатлеть перемещение сверхкороткого импульса света удалось польским учёным. На подготовленном ими видеоролике можно видеть, как перемещается пучок света длиной несколько десятков сантиметров. Это напоминает кадры из фантастических фильмов, однако снято в лаборатории.

Физики показали, как выглядят "световые пули"
Лазер с мощностью импульса 10 тераватт создан в Лазерном центре Института физической химии Польской академии наук и физического факультета Варшавского университета. Слева направо: Томаш Фок (Tomasz Fok), Юрий Степаненко (Yuriy Stepanenko) и Лукаш Венгжиньский (Łukasz Węgrzyński).

Наблюдение за распространением сверхкороткого импульса света стало возможным после создания нового компактного и при этом мощного лазера. Чтобы луч был виден, помещение заполнили водяным паром, в котором свет рассеивается и в итоге попадает на чувствительный элемент камеры.

Поскольку камер, делающих миллионы кадров в секунду, не существует, для создания ролика учёные пошли на хитрость. Они синхронизировали скоростную камеру с лазером и фиксировали отдельные импульсы. Задержка каждый раз увеличивалась, и камера фиксировала луч света на чуть большем расстоянии от лазера. В результате наложения кадров и получилось впечатляющее видео.

A "Star Wars" laser bullet - this is what it really looks like

Следует отметить, что протяжённость импульса на видео задаётся не лазером, а длительностью выдержки камеры, которая на много порядков больше времени излучения. Время экспозиции составляет порядка 1 наносекунды, в то время как продолжительность импульса примерно в 100 000 раз меньше: около 12 фемтосекунд. Настоящая длина светового луча составляет всего 3,6 микрометра.

При такой малой длительности импульса не следует удивляться яркости освещения — мощность импульса лазера достигает 10 тераватт.

Несмотря на то, что эффект от сверхкоротких вспышек этого лазера очень напоминает лучи светового оружия из фантастических произведений, задача у него совершенно иная. Лазер, по мнению учёных, может использоваться для изучения загрязнённости атмосферы.

Eurekalert.org
# 11 Окт 2015 20:09:46
Louiza

Движение лазерного луча удалось снять на камеру

Представители двух научных заведений столицы Шотландии — Эдинбургского университета и Университета Хериота-Уотта — сообщили об эксперименте, в котором им удалось заснять движение лазерного луча. Перемещение короткой световой волны, отражающейся от зеркал, можно увидеть в видеоролике.

Лазерный импульс отражается от зеркала.
Лазерный импульс отражается от зеркала.

Изображение лазерных лучей в кинематографе имеет мало общего с реальностью. Рассеяние фотонов на молекулах атмосферы слишком слабо, чтобы глаз мог увидеть проходящий мимо свет. Луч можно увидеть в очень пыльном воздухе или при прохождении света через дым, однако это совсем не то зрелище, которое показывают в фильмах.

Показать движение луча удалось Женевьев Гариепи (Geneviève Gariépy) из Института фотоники и квантовой теории Университета Хериота-Уотта и её коллегам. Для того чтобы уловить рассеянные на молекулах воздуха фотоны, был сконструирован массив датчиков 32×32. Датчики определяют время прибытия фотона с высочайшей точностью, соответствующей частоте съёмки 20 миллиардов кадров в секунду.

Итоговое видео было смоделировано после сбора информации, снятой с датчиков в течение 10 минут, за которые лазер выпустил 2 миллиона импульсов. Полученные данные были сложены и очищены от фонового шума, их оказалось достаточно для построения изображения лазерного луча, перемещающегося от зеркала к зеркалу.

Laser flight path caught on camera for the first time

Изначально эксперимент виделся как исключительно теоретическая работа, однако Гариепи полагает, что созданная камера может быть использована для прикладных задач. В другом своём эксперименте группа провела съёмку лазерного луча, который ионизирует молекулы воздуха для создания плазмы. Изучать свойства получаемой плазмы предполагается с помощью аналогичной установки.

В 2014 году польские физики схожим образом запечатлели движение короткого лазерного луча, однако в их опыте свет двигался в воздухе, наполненном водяным паром.

Newscientist.com
Только зарегистрированные пользователи могут создавать сообщения.
Вход, Регистрация.