研究人員設計了世界上最快的紫外線照相機

2020-10-09 工程學習


緊湊的一箱式UV-CUP系統的圖示。

國家科學研究所（INRS）超快成像專家梁金揚教授的團隊與國際研究人員團隊合作，開發了世界上最快的相機，能夠記錄紫外線（UV） ）的實時範圍。最初的研究發表在《雷射與光子學評論》第十期的封面上。

壓縮超快攝影（CUP）只需單擊一下即可實時捕獲整個過程，並獲得無與倫比的解析度。首先將空間和時間信息壓縮為圖像，然後使用重建算法將其轉換為視頻。

開發緊湊型紫外線儀器

到目前為止，該技術僅限於可見光和近紅外波長，因此僅限於特定類別的物理事件。「在很短的時間尺度上發生的許多現象也都在很小的空間尺度上發生。要看到它們，您需要感測更短的波長。在紫外線甚至X射線範圍內做到這一點是朝著這一目標邁出的重要一步， 」負責這項研究的梁金陽說。

為了記錄這個新的波長範圍並將該技術開發為用戶友好的產品，研究人員通過學術界與業界的合作，與Axis Photonique Inc.的Christian YvesCôté設計了緊湊的UV-CUP系統。新系統具有圖案化的光電陰極，可用於同時檢測和編碼黑光。「像標準相機一樣，我們的技術是被動的。它不會產生光；它會接收光。因此，我們的光電陰極必須對作為紫外線發出的光子敏感。這種設計使我們的技術成為一個獨立的系統，可以輕鬆集成到各種實驗平臺中。」自博士後以來一直為CUP的發展做出貢獻的梁金陽說。

Liang與INRS教授FrançoisLégaré合作，在高級雷射光源（ALLS）實驗室生成並拍攝了紫外線脈衝圖像。

劃分重建問題

梁錦陽說：「拍照只是工作的前半部分。」 「它也必須重建。」 為此，研究人員與波士頓大學合作開發了一種比標準算法更有效的新算法。它的優勢來自於分工。梁教授解釋說：「該算法並沒有一次性解決重建問題，而是將重建分為較小的問題，可以單獨解決。」

通過硬體和軟體方面的創新，UV-CUP的成像速度為每秒0.5萬億幀。它以大格式製作具有1500幀的視頻。作為光速成像儀，UV-CUP可以實時看到飛行中的UV光子。「當您能夠如此詳盡地觀看宇宙中最快的物體時，它總是讓我著迷，」 INRS的碩士研究生，本文的第一作者賴英明說。

通過這次國際合作開發的設備將被發送到法國的SOLEIL Synchrotron研究實驗室，以可視化物理現象。它可以捕獲雷射等離子體的產生，這是推斷材料某些特性必不可少的現象，而UV螢光則在醫學成像中識別與疾病相關的生物標誌物時很重要。

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