Caméra à 10 000 milliards d’images par seconde

26 octobre 2018, 10:24
Caméra à 10 000 milliards d’images par seconde
Caméra à 10 000 milliards d’images par seconde
Un laser utilisé par l’Institut national de la recherche scientifique canadien (INRS) peut produire des impulsions lumineuses ultracourtes d'une durée de l’ordre de la femtoseconde (10-15 s) - ce qui est tout à fait insuffisant pour produire une image correcte. Le chercheur Jinyang Liang et ses collègues californiens du Caltech, associés au professeur Lihong Wang, viennent de créer la caméra T-CUP, la plus rapide du monde, capable de capturer 10 000 milliards d’images par seconde, ce qui permet de visualiser le passage de la lumière au ralenti.
 
Au cours des dernières années, l’association de l'optique non linéaire et de techniques de traitement d'image évoluées ont permis la mise au point de méthodes extrêmement efficaces pour capturer des phénomènes dynamiques microscopiques dans le domaine de la biologie et de la physique. Pour exploiter pleinement ce potentiel, il est nécessaire de disposer d'un procédé de capture d'images en temps réel et à très haute résolution temporelle. Actuellement, le processus de mesure nécessite des impulsions laser ultracourtes répétées qui ne fonctionnent que pour certains types d'échantillons, et pas pour les matériaux fragiles. Le verre gravé au laser, par exemple, n'accepte qu'une seule impulsion laser et ne laisse qu'une picoseconde pour acquérir les résultats. La technique d'enregistrement utilisée doit donc être capable de capturer l'ensemble du processus en temps réel.

 
Echtzeit-Aufnahmen eines Femtosekunden-Laserpulses bei 2,5 Tfps. Bild: Liang, Zhu & Wang.
Acquisition en temps réel
d'une impulsion laser de l'ordre d'une femtoseconde
à 2,5 téra-images par seconde. Image : Liang, Zhu
& Wang.
 
Les techniques de photographie ultrarapide compressée (CUP - compressed ultrafast photography) permettent déjà d'obtenir des capacités d'acquisition de 100 milliards d'images par seconde, ce qui est presque suffisant pour résoudre les impulsions lumineuses émises par un laser à la femtoseconde. Pour améliorer encore ce dispositif, le nouveau système T-CUP l'associe à une image statique prise par une deuxième caméra. En appliquant un traitement mathématique de transformée de Radon, il est possible d'obtenir des images de haute qualité, équivalentes à une fréquence de rafraîchissement de 10 000 milliards d'images par seconde.
Le système T-CUP a permis d'établir le record du monde des fréquences d'images en temps réel, et peut potentiellement donner naissance à une génération totalement nouvelle de microscopes pour le secteur biomédical, la science des matériaux et d'autres applications. La caméra permet également d'analyser les interactions entre la lumière et la matière avec une résolution temporelle sans précédent, source de connaissances inédites sur ce phénomène.
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