Het team van professor Jinyang Liang, een specialist in ultrasnelle beeldvorming aan het Institut national de la recherche scientifique (INRS), in samenwerking met een internationaal team van onderzoekers, heeft de snelste camera ter wereld ontwikkeld die fotonen in het ultraviolette (UV) bereik in realtime kan opnemen. Dit originele onderzoek staat op de voorkant van het 10e nummer van het tijdschrift Laser- en fotonica-beoordelingen .

Gecomprimeerde ultrasnelle fotografie (CUP) legt het hele proces in realtime en ongeëvenaarde resolutie vast met slechts één klik. De ruimtelijke en temporele informatie wordt eerst gecomprimeerd tot een afbeelding en vervolgens, met behulp van een reconstructie-algoritme, het wordt omgezet in een video.

Een compact instrument voor UV . ontwikkelen

Tot nu, deze techniek was beperkt tot zichtbare en nabij-infrarode golflengten, en dus tot een specifieke categorie van fysieke gebeurtenissen. "Veel verschijnselen die zich op zeer korte tijdschalen voordoen, vinden ook plaats op een zeer kleine ruimtelijke schaal. Om ze te zien, je moet kortere golflengten voelen. Dit doen in het UV- of zelfs röntgenbereik is een opmerkelijke stap in de richting van dit doel, " zegt Jinyang Liang, die de studie leidde.

Om in deze nieuwe reeks golflengten vast te leggen en de techniek te ontwikkelen tot een gebruiksvriendelijk product, onderzoekers ontwierpen een compact UV-CUP-systeem met Christian Yves Côté van Axis Photonique Inc. via een samenwerking tussen de academische wereld en de industrie. Het nieuwe systeem heeft een fotokathode met patroon, die wordt gebruikt om tegelijkertijd zwart licht te detecteren en te coderen. "Als een standaardcamera, onze technologie is passief. Het produceert geen licht; het ontvangt het. Daarom, onze fotokathode moest gevoelig zijn voor de fotonen die als UV-licht werden uitgezonden. Dit ontwerp maakt onze techniek een op zichzelf staand systeem dat gemakkelijk kan worden geïntegreerd in verschillende experimentele platforms, " zegt Jinyang Liang, die sinds zijn postdoctoraat heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van CUP.

Liang werkte samen met François Légaré, ook een INRS-professor, om beelden van UV-pulsen te genereren en te nemen in het laboratorium Advanced Laser Light Source (ALLS).

Het wederopbouwprobleem verdelen

"Het maken van de foto is slechts de eerste helft van het werk, ", zegt Jinyang Liang. "Het moet ook worden gereconstrueerd." Om dit te doen, de onderzoekers ontwikkelden een nieuw algoritme, efficiënter dan standaardalgoritmen, via hun samenwerking met Boston University. De kracht komt uit een taakverdeling. "In plaats van het wederopbouwprobleem als een klontje op te lossen, het algoritme verdeelt de reconstructie in kleinere problemen die het individueel aanpakt, " legt professor Liang uit.

Met de innovaties in zowel hardware als software, UV-CUP heeft een beeldsnelheid van 0,5 biljoen frames per seconde. Het produceert video's met 1500 frames in groot formaat. Als een lichtsnelheidsbelichter, UV-CUP ziet vliegende UV-fotonen in realtime. "Het fascineert me altijd als je het snelste object in het universum zo gedetailleerd kunt bekijken, " zegt Yingming Lai, een masterstudent bij INRS en de eerste auteur van het artikel.

Het apparaat dat door deze internationale samenwerking is ontwikkeld, zal naar het onderzoekslaboratorium SOLEIL Synchrotron in Frankrijk worden gestuurd om fysieke verschijnselen te visualiseren. Het kan de generatie van laserplasma vastleggen, een fenomeen dat essentieel is voor het afleiden van bepaalde eigenschappen van materialen, en UV-fluorescentie, wat belangrijk is bij medische beeldvorming om biomarkers te identificeren die verband houden met ziekten.