世界最快紫外线相机可实时记录飞行光子

       作为以光速飞行的微小粒子，要想捕捉光子的行动，需要一台先进的机器，而一个国际研究团队刚刚创造出一台很能胜任这项工作的机器。该设备被称为世界上最快的紫外线相机，能够捕捉持续时间仅为皮秒的超快速事件，快到足以看到紫外线光子实时在空中飞过。

       该设备是加拿大国家科学研究院的科学家研发的，名称为UV-CUP。压缩超快摄影(CUP)是一种新兴的成像技术，已被用于捕捉超高速事件，速度以每秒数万亿帧计算，但迄今为止仅限于可见光和近红外波长。

       “许多在很短的时间尺度上发生的现象也是在很小的空间尺度上发生的，”领导这项研究的梁晋阳说。“要看到它们，你需要感知更短的波长。在紫外甚至X射线范围内做到这一点，是朝着这个目标迈出的显著一步。”

       为了实现这一目标，该团队首先要开发一种特殊的光阴极，并将其集成到所谓的条纹相机中，这是一种专门为测量超快速光学现象而开发的设备。团队还需要开发一种新的算法来获取数据，并将其构造成图像，梁晋阳告诉New Atlas。

       “我们需要两个步骤来操作这个相机，”他解释说。“首先，在数据采集中，瞬时事件中的信息被挤压成一个快照。所以，这个采集到的快照与普通相机拍摄的照片完全不一样......第二，这个快照被输入到重建算法中，以检索出电影。”

       下面可以看到这段持续时间在皮秒到纳秒的电影。

UV-CUP相机制作的移动光子视频

       而这里是另一个视图，显示两个飞秒紫外线脉冲在不同时间到达相机。

       这些显示光子实时移动的紫外线脉冲的视觉效果，是使用一个成像速度为0.5万亿帧/秒的紧凑型设备拍摄的。

       该团队希望通过研究其光阴极的替代材料来进一步改进其UV-CUP相机，目前其效率有限。在人工智能的帮助下提高算法和图像构建的速度是另一个目标。

       UV-CUP系统示意图

       UV-Cup现在正被送往法国的一个研究实验室，在那里它将被用来捕捉不同的物理现象。这可能包括激光等离子体的产生和紫外荧光，这可能有助于改善用于诊断疾病的医学成像技术。

       一篇描述该研究的论文发表在《激光与光子学评论》杂志上。