O que acontece quando uma nova tecnologia é tão precisa que opera em uma escala além de nossas capacidades de caracterização? Por exemplo, os lasers usados ​​no INRS produzem pulsos ultracurtos na faixa do femtossegundo (10 ^-15 s), que é muito curto para visualizar. Embora algumas medições sejam possíveis, nada supera uma imagem clara, diz o professor do INRS e especialista em imagens ultrarrápidas Jinyang Liang. Ele e seus colegas, liderado por Lihong Wang da Caltech, desenvolveram o que chamam de T-CUP:a câmera mais rápida do mundo, capaz de capturar 10 trilhões (10 ¹³ ) quadros por segundo (Fig. 1). Essa nova câmera literalmente torna possível congelar o tempo para ver fenômenos - e até mesmo luz - em câmera extremamente lenta.

Nos últimos anos, a junção entre inovações em óptica não linear e imagem abriu a porta para métodos novos e altamente eficientes de análise microscópica de fenômenos dinâmicos em biologia e física. Mas aproveitar o potencial desses métodos requer uma maneira de gravar imagens em tempo real em uma resolução temporal muito curta - em uma única exposição.

Usando técnicas de imagem atuais, medições feitas com pulsos de laser ultracurtos devem ser repetidas muitas vezes, que é apropriado para alguns tipos de amostras inertes, mas impossível para outros mais frágeis. Por exemplo, o vidro gravado a laser pode tolerar apenas um único pulso de laser, deixando menos de um picossegundo para capturar os resultados. Nesse caso, a técnica de imagem deve ser capaz de capturar todo o processo em tempo real.

A fotografia ultrarrápida compactada (CUP) foi um bom ponto de partida. A 100 bilhões de quadros por segundo, este método abordado, mas não encontrou, as especificações exigidas para integrar lasers de femtosegundo. Para melhorar o conceito, o novo sistema T-CUP foi desenvolvido com base em uma câmera de sequência de femtossegundos que também incorpora um tipo de aquisição de dados usado em aplicações como tomografia.

"Sabíamos que, usando apenas uma câmera de femtossegundo, a qualidade da imagem seria limitada, "diz o professor Lihong Wang, o Professor Bren de Engenharia Médica e Engenharia Elétrica na Caltech e o Diretor do Caltech Optical Imaging Laboratory (COIL). "Então, para melhorar isso, adicionamos outra câmera que adquire uma imagem estática. Combinado com a imagem adquirida pela câmera de femtossegundo, podemos usar o que é chamado de transformação Radon para obter imagens de alta qualidade enquanto gravamos dez trilhões de quadros por segundo. "

Estabelecendo o recorde mundial de velocidade de imagem em tempo real, T-CUP pode alimentar uma nova geração de microscópios para biomédicos, Ciência de materiais, e outros aplicativos. Esta câmera representa uma mudança fundamental, tornando possível analisar as interações entre a luz e a matéria em uma resolução temporal incomparável.

A primeira vez que foi usado, a câmera ultrarrápida inovou ao capturar o foco temporal de um único pulso de laser de femtossegundo em tempo real (Fig. 2). Este processo foi registrado em 25 frames tomados em um intervalo de 400 femtossegundos e detalhou a forma do pulso de luz, intensidade, e ângulo de inclinação.

"É uma conquista em si, "diz Jinyang Liang, o principal autor deste trabalho, que era um engenheiro em COIL quando a pesquisa foi conduzida, "mas já vemos possibilidades de aumentar a velocidade para até um quatrilhão (10 exp 15) quadros por segundo!" Velocidades como essa certamente oferecerão uma visão sobre os segredos ainda não detectáveis ​​das interações entre a luz e a matéria.