Der Schock eines Lasers, der in Zeitlupe auf Wasser trifft. (Caltech) Wissenschaftler erweitern weiterhin die Grenzen dessen, wozu Kameras fähig sind – wie zum Beispiel ein neu entwickeltes Gerät für phasenempfindliche komprimierte ultraschnelle Fotografie (pCUP), das in der Lage ist, beeindruckende eine Billion Bilder pro Sekunde aufzunehmen.
Das ist verblüffend, aber kein Rekord, denn einige der gleichen Forscher haben eine Kamera entwickelt, die 10 Billionen Aufnahmen pro Sekunde machen kann zurück im Jahr 2018 . Diese neue Kamera hat aber noch einen weiteren Party-Trick: Sie kann transparente Objekte und andere für das bloße Auge unsichtbare Phänomene wie Stoßwellen einfangen.
Während dieses unglaubliche Stück Technologie für Ihre Urlaubsfotos oder Instagram-Selfies nicht viel nützen wird, verspricht es vielfältige wissenschaftliche Einsatzmöglichkeiten in der Physik, Biologie und Chemie.
Die Kamera nutzt die innovative Technik des Modells 2018, bei der Messungen der Lichtintensität mit einem statischen Bild und etwas fortgeschrittener Mathematik kombiniert werden, um all diese Bilder zu erstellen.
Neu ist dieses Mal eine zusätzliche Zutat, Phasenkontrastmikroskopie : Dies ist eine ältere fotografische Technik, bei der Änderungen in der relativen Position von Lichtwellen beim Durchgang durch unterschiedliche Dichten in Helligkeitsänderungen umgewandelt werden. Dadurch können transparente Objekte – etwa Zellen, die größtenteils aus Wasser bestehen – gesehen werden.
„Wir haben die Standard-Phasenkontrastmikroskopie so angepasst, dass sie eine sehr schnelle Bildgebung ermöglicht, die es uns ermöglicht, ultraschnelle Phänomene in transparenten Materialien abzubilden.“ sagt Elektroingenieur Lihong Wang , vom California Institute of Technology (Caltech).
Die Phasenkontrastmikroskopie wurde in den 1930er Jahren vom niederländischen Physiker Frits Zernike erfunden und basiert auf der Art und Weise, wie Licht beim Durchgang durch Materialien seine Geschwindigkeit ändert. Durch diese Geschwindigkeitsänderungen sind Materialien wie Glas mit dieser Technik viel einfacher zu erkennen.
Den neuesten Teil der Technologie nennt das Team am Caltech „Lossless Encoding Compressed Ultrafast Technology“ (LLE-CUP). Dies markiert die nächste Generation von Streifenkameras - Geräte, die ein gesamtes Ereignis auf einmal so erfassen, dass der zeitliche Ablauf der Lichtwellen aufgezeichnet werden kann.
Wangs frühere Arbeit fügte eine neue Komponente hinzu – ein ladungsgekoppeltes Gerät –, das kürzere Zeiten ermöglichte. Jetzt hat er eine verbesserte Form dieses Aufbaus mit einer Mikroskopie kombiniert, die ungestreutes Licht ausblendet, um Veränderungen abzubilden, die das menschliche Auge nicht sehen kann.
Da wissenschaftliche Kameras immer ausgefeilter werden, führen sie zu weiteren Entdeckungen über die Welt um uns herum, sei es durch das Anfertigen von Schnappschüssen menschlicher Körper , oder in der Aufnahme Quantenverschränkung .
Hier gelang es den Forschern, die Bewegung einer Stoßwelle durch Wasser und eines Laserimpulses durch ein kristallines Material einzufangen. Ihre Kamera könnte in Zukunft für noch mehr Zwecke genutzt werden, da sie mit mehreren anderen bestehenden optischen Bildgebungssystemen kombiniert werden kann, sagen die Forscher.
Es könnte Wissenschaftlern beispielsweise irgendwann ermöglichen, die Art und Weise zu erfassen, wie sich Flammen in Brennkammern ausdehnen, oder die Signale, die sich durch Neuronen bewegen, auf mikroskopischer Ebene aufzuzeichnen.
„Während sich Signale durch Neuronen bewegen, gibt es eine geringfügige Erweiterung der Nervenfasern, die wir hoffentlich sehen werden.“ sagt Wang . „Wenn wir ein Netzwerk von Neuronen haben, können wir vielleicht ihre Kommunikation in Echtzeit sehen.“
Stell dir das vor.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .