Сверхбыстрая камера MIT позволяет снимать свет в движении

Изображение со сверхскоростной камеры
Камера, созданная в Массачусетском технологическом институте, снимает движение частиц света.

В Массачусетском технологическом институте создана сверхскоростная камера, с помощью которой удалось снять распространение света. «Скорострельность» этой камеры составляет один триллион кадров в секунду.

Сотрудник MIT Гарольд Эджертон (Harold Edgerton) получил всемирную известность благодаря своим снимкам со сверхкороткой выдержкой, сделанным в середине XX века: пуля, пробивающая яблоко, корона, образующаяся при падении капли в жидкость, взрыв атомной бомбы. Его дело продолжает Рамеш Раскар (Ramesh Raskar), адъюнкт-профессор в лаборатории MIT Media Lab.

Для создания сверхскоростной камеры использовался хронотрон — сверхчувствительное устройство для фиксации света, преобразующее поток фотонов в поток электронов. Раскар с коллегами нашли способ восстанавливать изображение по информации, получаемой от хронотрона.

Устройство сканирует и захватывает свет построчно, подобно катодному лучу в электронно-лучевых трубках. Каждая строка экспонируется менее 2 пикосекунд. Однако без сборки изображения из нескольких экспозиций, как это происходит в других проектах, обойтись не удалось: пространственное разрешение устройства слишком мало, и для сканирования достаточной области требуется порядка полутысячи проходов. Впрочем, и в этом случае видео с движущимся светом делается в пределах наносекунды.

При этом частота итогового изображения настолько велика, что за время между двумя кадрами свет проходит менее половины миллиметра.

Схожие попытки предпринимались и другими исследователями. Год назад перемещение луча света удалось снять польским учёным из Лазерного центра Института физической химии Польской академии наук и физического факультета Варшавского университета. Для формирования итогового видеоролика было сделано множество снимков распространяющегося фронта светового луча, каждый снимок с определённой задержкой после импульса. Совместив изображения, исследователи получили эффектное видео, но с меньшим пространственным и временным разрешением, чем у сотрудников MIT.

Схожим образом удалось заснять движение света исследовательнице Женевьева Гэрипи (Genevieve Gariepy) из Института фотоники и квантовой теории Университета Хериот-Уотта (Heriot-Watt University). Полученное видеоизображение соответствует частоте съёмки 20 миллиардов кадров в секунду, но тоже является результатом сборки многочисленных отдельных кадров.