Iets meer dan een jaar geleden, Lihong Wang van Caltech ontwikkelde 's werelds snelste camera, een apparaat dat 10 biljoen foto's per seconde kan maken. Het is zo snel dat het zelfs licht in slow motion kan vastleggen.

Maar soms is alleen snel zijn niet genoeg. Inderdaad, zelfs de snelste camera kan geen foto's maken van dingen die hij niet kan zien. Daartoe, Wang, Bren Hoogleraar Medische Technologie en Elektrotechniek, heeft een nieuwe camera ontwikkeld die tot 1 biljoen foto's per seconde van transparante objecten kan maken. Een artikel over de camera verschijnt in het nummer van 17 januari van het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

De cameratechnologie, die Wang fasegevoelige gecomprimeerde ultrasnelle fotografie (pCUP) noemt, kan niet alleen video opnemen van transparante objecten, maar ook van meer kortstondige dingen zoals schokgolven en mogelijk zelfs van de signalen die door neuronen reizen.

Wang legt uit dat zijn nieuwe beeldverwerkingssysteem het snelle fotografiesysteem dat hij eerder ontwikkelde combineert met een oude technologie, fasecontrastmicroscopie, dat is ontworpen om een ​​betere beeldvorming mogelijk te maken van objecten die meestal transparant zijn, zoals cellen, die meestal water zijn.

Fasecontrastmicroscopie, bijna 100 jaar geleden uitgevonden door de Nederlandse natuurkundige Frits Zernike, werkt door gebruik te maken van de manier waarop lichtgolven vertragen en versnellen wanneer ze verschillende materialen binnendringen. Bijvoorbeeld, als een lichtstraal door een stuk glas gaat, het zal vertragen als het het glas binnenkomt en dan weer versnellen als het eruit gaat. Die veranderingen in snelheid veranderen de timing van de golven. Met behulp van enkele optische trucs is het mogelijk om licht dat door het glas ging te onderscheiden van licht dat niet door het glas ging, en het glas, hoewel transparant, wordt veel gemakkelijker te zien.

"Wat we hebben gedaan, is de standaard fasecontrastmicroscopie aanpassen, zodat het zeer snelle beeldvorming biedt, waarmee we ultrasnelle fenomenen in transparante materialen in beeld kunnen brengen, "zegt Wang.

Het snelle beeldgedeelte van het systeem bestaat uit iets wat Wang lossless encoding gecomprimeerde ultrasnelle technologie (LLE-CUP) noemt. In tegenstelling tot de meeste andere ultrasnelle video-imaging-technologieën die een reeks foto's achter elkaar maken terwijl de gebeurtenissen worden herhaald, het LLE-CUP-systeem maakt een enkele opname, het vastleggen van alle beweging die plaatsvindt gedurende de tijd die nodig is om de opname te voltooien. Omdat het veel sneller is om een ​​enkele opname te maken dan meerdere opnames, LLE-CUP kan beweging vastleggen, zoals de beweging van het licht zelf, dat is veel te snel om te worden afgebeeld met meer typische cameratechnologie.

In de nieuwe krant Wang en zijn collega-onderzoekers demonstreren de mogelijkheden van pCUP door de verspreiding van een schokgolf door water en van een laserpuls die door een stuk kristallijn materiaal gaat, in beeld te brengen.

Wang zegt dat de technologie, hoewel nog in de kinderschoenen, kan uiteindelijk op veel gebieden worden gebruikt, inclusief natuurkunde, biologie, of scheikunde.

"Terwijl signalen door neuronen reizen, er is een minieme verwijding van zenuwvezels die we hopen te zien. Als we een netwerk van neuronen hebben, misschien kunnen we hun communicatie in realtime zien, ", zegt Wang. Bovendien hij zegt, omdat bekend is dat temperatuur het fasecontrast verandert, het systeem "kan mogelijk in beeld brengen hoe een vlamfront zich verspreidt in een verbrandingskamer."

Het artikel dat pCUP beschrijft, is getiteld "Picosecond-resolution fasegevoelige beeldvorming van transparante objecten in een enkele opname."