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Ingenieure des kanadischen Forschungszentrums INRS Énergie Matériaux Télécommunications Research Center eingereicht Die schnellste Kamera der Welt, die beeindruckende 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde (fps) aufnehmen kann.
Während Zeitlupenfunktionen auf Smartphones normalerweise mit einigen hundert Bildern pro Sekunde laufen, können professionelle Kinokameras für flüssigeres Filmmaterial mehrere tausend Bilder pro Sekunde erreichen. Um jedoch in Ereignisse auf Nanoebene einzutauchen, ist es notwendig, die Geschwindigkeit deutlich zu verlangsamen – auf Milliarden oder sogar Billionen Bilder pro Sekunde.
Kürzlich entwickelt Kamera verfügt über die Fähigkeit, Ereignisse innerhalb von Femtosekunden, also Billiardstelsekunden, zu erfassen. Der Durchbruch wurde von INRS-Professor Jinyang Liang und seinem Forschungsteam vorangetrieben. Ihre Arbeit demonstriert die Entwicklung eines ultraschnellen Kamerasystems, das bis zu 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde mit äußerster Präzision erfassen kann. Dieser Fortschritt ermöglicht eine zweidimensionale optische Abbildung der ultraschnellen Entmagnetisierung in einem einzigen Schnappschuss, was bisher unerreichbar war.
Das System mit dem Namen SCARF (Real-Time Coded Aperture Femtophotography) stellt einen großen Fortschritt auf dem Gebiet der ultraschnellen Bildgebung dar. Es ermöglicht die Beobachtung der transienten Absorption in Halbleitern und der ultraschnellen Entmagnetisierung von Metalllegierungen und öffnet die Tür für Forschung in den Bereichen Physik, Biologie, Chemie, Materialwissenschaften und Ingenieurwesen, so das Forschungsteam.
Die Forscher sagen, dass Professor Liangs Fachwissen in der ultraschnellen Bildgebung weltweite Anerkennung gefunden habe. Seine vorherige Arbeit im Jahr 2018 legte den Grundstein für SCARF und überwand die Einschränkungen bestehender Hochgeschwindigkeitskamerasysteme.
Obwohl frühere Ansätze die sequentielle Aufnahme von Einzelbildern nacheinander beinhalteten, verursachte diese Methode Probleme bei der Beobachtung sich nicht wiederholender oder ultraschneller Phänomene. Professor Jinyang weist auf die Grenzen aktueller Beobachtungsmethoden hin und nennt Beispiele wie die Femtosekunden-Laserablation, die Wechselwirkung von Stoßwellen mit lebenden Zellen und optisches Chaos.
Um diese Probleme zu lösen, entwickelte er das T-CUP-System, das 10 Billionen Bilder pro Sekunde schafft, eine bedeutende Errungenschaft auf dem Gebiet der Echtzeitbildgebung. Es bestehen jedoch weiterhin Probleme in diesem Bereich.
„Viele Systeme, die auf komprimierter Hochgeschwindigkeitsfotografie basieren, müssen sich mit Datenverschlechterung auseinandersetzen und auf Tiefenschärfesequenzen verzichten. „Diese Einschränkungen hängen mit dem Funktionsprinzip zusammen, das eine gleichzeitige Verschiebung der Szene und der codierten Blende erfordert“, sagte Miguel Marques, wissenschaftlicher Mitarbeiter und einer der Erstautoren der Studie, in einer Pressemitteilung.
SCARF ist eine Abkehr von diesen Einschränkungen. Im Gegensatz zu früheren Systemen verwendet es eine Bilderfassungsmethode, die eine ultraschnelle Erweiterung einer statisch codierten Apertur ermöglicht, ohne das ultraschnelle Phänomen zu verschieben. Dies ermöglicht eine vollständige Sequenzkodierung mit bis zu 156,3 THz für einzelne Pixel auf der Kamera und bietet so beispiellose Einblicke in einzigartige Phänomene.
Die Bedeutung von SCARF geht über die wissenschaftliche Forschung hinaus. Die Technologie verspricht wirtschaftliche Nebeneffekte, da Unternehmen wie Axis Photonique und Few-Cycle mit Professor Liangs Team zusammenarbeiten, um ihre zum Patent angemeldete Entdeckung zu kommerzialisieren.
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