Các nhà vật lí ghi được ảnh động ở tốc độ hàng nghìn tỉ khung hình mỗi giây

Một kĩ thuật mới chụp ảnh cực nhanh các vật không phát sáng vừa được tiết lộ bởi Feng Chen và các đồng sự tại trường Đại học Giao thông Tây An ở Trung Quốc. Hệ thống của họ chụp tới 60 ảnh phân giải cao ở tốc độ gần 4 nghìn tỉ khung hình trên giây bằng cách lưu trữ các khung hình trên những vùng con chồng lên nhau của một ma trận linh kiện tích điện kép (CCD). Kĩ thuật này có thể sớm được khai thác để khảo sát nhiều quá trình vật lí tốc độ cao ở cấp độ chi tiết chưa có tiền lệ.

Các camera nhanh nhất ngày nay sử dụng CCD để ghi lại chuyển động của các phân tử ở tốc độ trên một nghìn tỉ khung hình trên giây. Điều này được thực hiện bằng cách lưu trữ tạm thời các khung hình liên tiếp trên những vùng con tách biệt của CCD, trước khi chuyển các khung hình vào lưu trữ dài hạn. Tuy nhiên, chỉ có thể ghi được một ít khung hình liên tiếp theo kiểu này do ma trận CCD sẽ nhanh chóng không còn không gian cho các vùng con mới – chúng thường không thể chồng lên nhau.

Trong nghiên cứu của họ, đội của Chen đưa ra một kĩ thuật gọi là nhiếp ảnh thời phổ nén cực nhanh (CUST – compressed ultrafast spectral-temporal photography) cho phép các vùng con khác nhau của một CCD chồng lên nhau. Kĩ thuật gồm ba module. Thứ nhất, một module “định hình phổ” chọn lọc một dải hẹp bước sóng trong một xung sáng dùng để ghi ảnh. Xung sáng sau đó được kéo dài bởi một module “dãn xung”, nó sử dụng một dải thấu kính và cách tử nhiễu xạ để tạo ra một dạng sóng trong đó các tần số cao dẫn đầu xung, còn các tần số thấp đi theo phía sau. Điều này đảm bảo rằng tần số của mỗi đoạn của xung ứng với thời gian tới của nó tại cảm biến – điều đó cho phép hình ảnh được ghi liên tiếp thật nhanh.

Các ảnh của kí tự A

Các ảnh của kí tự A đang thấm thuốc nhuộm được chụp ở các tần số ánh sáng khác nhau.

Cuối cùng, chùm tia được mở rộng vuông góc với hướng truyền của nó, trước khi chạm tới cảm biến CCD, trong đó các tần số nhất định được mã hóa thành những mẫu nhị phân ngẫu nhiên. Các mẫu này được ghi lại dưới dạng một dải ảnh nén 2D, khi đó nó có thể được lưu trữ trong các vùng con chồng lấn của ma trận CCD. Sau đó, mẫu gắn liền với mỗi tần số có thể được trích xuất khỏi ma trận, cho phép các nhà nghiên cứu lập nên một video tuần tự thời gian của xung sáng.

Thông qua nhiếp ảnh CUST, đội của Chen đã có thể chụp được tới 60 hình ảnh cách nhau chỉ 260 fs và ở độ phân giải dưới nano mét. Để chứng minh những khả năng này, họ đã ghi video một xung sáng ngắn, cực mạnh truyền qua một chất rắn trong suốt, làm thay đổi chiết suất của vật liệu để lộ vị trí của nó theo thời gian. Họ còn ghi video một xung sáng rời khỏi vật liệu đó, biến mất và bị bức xạ bởi một cái gương không nhìn thấy, rồi xuất hiện trở lại. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu chụp một loạt ảnh nhanh của một chữ A thấm thuốc nhuộm. Vì mỗi khung hình ứng với một tần số nhất định, nên họ có thể lắp ghép nên phổ tần số của thuốc nhuộm đó.

Kĩ thuật này đưa đến một phương pháp mới và tiến bộ để ghi ảnh chính xác sự truyền sáng, sự phản xạ, và sự hội tụ trong các môi trường phi tuyến. Đội nghiên cứu cho biết nhiếp ảnh CUST cũng sẽ đưa đến một cách đơn giản để đo các quá trình vật lí tốc độ cao, ví dụ như các dao động mạng, động lực học plasma, và các phản ứng hóa học.

CUST được mô tả trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 56)
22/10/2019
Định luật Bode về khoảng cách hành tinh 1766 Johann Elert Bode (1747–1826), Johann Daniel Titius (1729–1796) Định luật Bode, còn gọi
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 55)
22/10/2019
Hiệu ứng giọt đen 1761 Torbern Olof Bergman (1735-1784), James Cook (1728-1779) Albert Einstein từng nói rằng điều khó hiểu nhất ở
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 28)
22/10/2019
HAI CÁCH ĐỂ SỐ HOÁ TÂM TRÍ Thực ra có hai phương án tiếp cận riêng biệt để số hóa bộ não con người. Đầu tiên là Dự
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 27)
22/10/2019
MỘT QUAN ĐIỂM KHÁC VỀ SỰ BẤT TỬ Adaline có thể hối hận về món quà bất tử, và có lẽ cô ấy không đơn độc, nhưng
Thời gian là gì? (Phần 2)
21/10/2019
Vậy thì hãy nói đi: Thời gian là gì? Hãy nói một chút về lũ chồn sương. Để nắm rõ hơn cách các nhà vật lí nghĩ về
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 86)
16/10/2019
Chất siêu chảy Khi những chất lỏng nhất định, ví dụ helium lỏng, khi được làm lạnh xuống chỉ bằng vài độ trên không
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 85)
16/10/2019
Định tuổi bằng phóng xạ Là một ứng dụng tài tình của hiện tượng lượng tử phóng xạ, phép định tuổi bằng phóng xạ
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 26)
14/10/2019
QUÊN VIỆC QUÊN ĐI, VÀ KÝ ỨC CHỤP ẢNH Mặc dù các kỹ năng tự kỷ thông minh có thể được bắt đầu bằng một số chấn

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com