Ученые из Калифорнийского университета в г. Лос-Анджелес (UCLA)
создали принципиально новую сверхскоростную камеру, которая открывает небывалые
возможности в самых разных отраслях науки. Кроме высочайшей скорости съемки до
6 МГц, камера отличается тем, что не требует использования сложных и дорогих
светочувствительных матриц – вся оцифровка изображения осуществляется с помощью
единственного фотоэлемента.
Каждый кадр в новой камере получается с использованием
короткой вспышки инфракрасного лазера – ее длительность составляет одну
миллиардную долю секунды. С помощью системы линз импульс разбивается на лучи с
разной длиной волны, так что на каждый фрагмент объекта съемки попадают фотоны
с уникальной длиной волны. Затем отраженный свет снова собирается в пучок и
попадает в систему световодов. Эти световоды изготовлены из специального
оптического волокна, которое с разной скоростью проводит свет с разной длиной
волны. Получается, что фотоны с большей длиной волны движутся быстрее
коротковолновых. В результате с помощью специального алгоритма, известного как
усиленное дисперсное преобразование Фурье, осуществляется усиление изображения
с растяжением сигнала по времени.
На выходе оптоволоконного тракта получается последовательный
непрерывный сигнал, описывающий изображение в кадре поточечно. Одиночный
фотоэлемент получает и оцифровывает полученный сигнал, а затем изображение
восстанавливается на компьютере с учетом задержки фотонов с разной длиной
волны.
Новая технология скоростной съемки, получившая название STEAM
(Serial Time-Encoded Amplified Microscopy – серийная микроскопия с усилением и
кодированием по времени), оказалась довольно недорогой – большинство
компонентов доступны в свободной продаже. Кроме того, в отличие от традиционных
технологий скоростной съемки, камера не требует охлаждения до сверхнизких
температур и мощного освещения.
С помощью новой камеры врачи могли бы обнаруживать единичные
поврежденные клетки в потоке крови, диагностируя раковые заболевания крови на
самых ранних стадиях. Кроме того, новая камера уже помогла наблюдать явление
лазерной абляции (разрушение тканей организма под действие лазерного луча) в
реальном времени, дав богатейший материал для развития лазерной медицины.
Авторами новой технологии STEAM выступили Кейсуке Года (Keisuke
Goda), Кевин Тся (Kevin Tsia) и руководитель проекта Бахрам Джалали (Bahram Jalali).
Для получения практических результатов им понадобились многие годы
теоретических исследований в области растяжения фотонов во времени. Отчет о
своей работе авторы изобретения опубликовали в журнале Nature. Также вы можете
прочитать о технологии STEAM на сайте Калифорнийского университета UCLA
и на сайте Science
Daily.
|
