أسرع كاميرا تعمل بالأشعة فوق البنفسجية في العالم تسجل الفوتونات الطائرة بمنتهى الدقة
تخيل أنك قادر على التقاط صورة لأحداث سريعة للغاية بترتيب بيكو ثانية. يلتقط التصوير فائق السرعة المضغوط (CUP) العملية بأكملها في الوقت الفعلي وبدقة لا مثيل لها بنقرة واحدة فقط. يتم أولاً ضغط المعلومات المكانية والزمانية في صورة ثم ، باستخدام خوارزمية إعادة البناء، يتم تحويلها إلى فيديو.
حتى الآن، اقتصرت هذه التقنية على الأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، وبالتالي على فئة معينة من الأحداث الفيزيائية. “العديد من الظواهر التي تحدث في نطاقات زمنية قصيرة جدًا تحدث أيضًا على نطاق مكاني صغير جدًا. لرؤيتها، عليك أن تستشعر أطوال موجات أقصر. قال البروفيسور جينيانغ ليانج إن القيام بذلك في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية أو حتى الأشعة السينية يعد خطوة رائعة نحو هذا الهدف.
للتسجيل في هذا النطاق الجديد من الأطوال الموجية ولتطوير التقنية إلى منتج سهل الاستخدام، صمم الباحثون نظام UV-CUP مضغوطًا مع Axis Photonique، Inc. عبر تعاون أكاديمي وصناعي. يتميز النظام الجديد بكاثود ضوئي منقوش يستخدم للكشف عن “الضوء الأسود” وترميزه في نفس الوقت. “مثل الكاميرا القياسية، فإن تقنيتنا سلبية. لا ينتج ضوء. يستقبلها. لذلك، يجب أن يكون كاثودنا الضوئي حساسًا للفوتونات المنبعثة على شكل ضوء فوق بنفسجي. هذا التصميم يجعل أسلوبنا نظامًا قائمًا بذاته يمكن دمجه بسهولة في العديد من المنصات التجريبية “، قال ليانغ.
التقاط الصورة ليس سوى النصف الأول من العمل – يجب أيضًا إعادة بنائها. للقيام بذلك، طور الباحثون خوارزمية جديدة، أكثر كفاءة من الخوارزميات القياسية، من خلال تعاونهم مع جامعة بوسطن. قوتها تأتي من تقسيم المهام. بدلاً من حل مشكلة إعادة الإعمار ككتلة، تقسم الخوارزمية إعادة الإعمار إلى مشاكل أصغر تعالجها بشكل فردي.
بفضل الابتكارات في كل من الأجهزة والبرامج، تتمتع UV-CUP بسرعة تصوير تبلغ 0.5 تريليون إطار في الثانية. تنتج مقاطع فيديو ذات 1500 إطار بتنسيق كبير. كمصور بسرعة الضوء، يرى UV-CUP فوتونات الأشعة فوق البنفسجية الطائرة في الوقت الحقيقي.
على الرغم من أنها أسرع كاميرا في العالم، إلا أنه لا يزال من الممكن تحسين الجهاز.
على سبيل المثال، فإن المسارات الضوئية المختارة لها كفاءة محدودة، لذلك يرغب الباحثون في استكشاف أنواع أخرى من المواد. فيما يتعلق بإعادة الإعمار، يقول ليانج إن الخوارزمية حسنت الجودة بشكل كبير، لكنها لا تزال تستغرق وقتًا طويلاً. لزيادة سرعته، يتعاون مع البروفيسور تياغو فالك ، أيضًا من INRS، على استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسينه.
سيتم إرسال الجهاز الذي تم تطويره من خلال هذا التعاون الدولي إلى مختبر الأبحاث SOLEIL Synchrotron في فرنسا لتصور الظواهر الفيزيائية. يمكن أن يلتقط توليد البلازما بالليزر، وهي ظاهرة ضرورية لاستنتاج خصائص معينة للمواد، وفلورة الأشعة فوق البنفسجية ، وهو أمر مهم في التصوير الطبي لتحديد المؤشرات الحيوية المرتبطة بالأمراض.
