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衍射門控超高速測繪相機(jī)面世

速度達(dá)每秒480萬幀 成本降低九成

科技日報(bào)北京9月18日電 (記者張夢然)要捕捉快速運(yùn)動(dòng)的清晰圖像，比如落下的水滴或分子相互作用，需每秒可采集數(shù)百萬張圖像的超快相機(jī)，這種相機(jī)非常昂貴。在最新發(fā)表于《光學(xué)》雜志的一篇論文中，加拿大科學(xué)家開發(fā)出一種新型相機(jī)，能以更便宜的方式來實(shí)現(xiàn)超快成像，適用于實(shí)時(shí)監(jiān)測藥物輸送、自動(dòng)駕駛的高速激光雷達(dá)系統(tǒng)等多種應(yīng)用。

加拿大國家科學(xué)研究所、康科迪亞大學(xué)和元宇宙平臺公司聯(lián)合研制的這種新型衍射門控實(shí)時(shí)超高速測繪(DRUM)相機(jī)，可捕獲每秒480萬幀的單次曝光動(dòng)態(tài)事件。他們通過對飛秒激光脈沖與生物樣品中的液體相互作用以及激光燒蝕的快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行成像，展示了這種能力。

研究人員開發(fā)了一種新的時(shí)間選通方法，稱為時(shí)變光學(xué)衍射。相機(jī)使用門來控制光線何時(shí)照射到傳感器。在時(shí)間選通中，傳感器讀出圖像之前，門會快速連續(xù)打開和關(guān)閉一定次數(shù)。這會捕捉一個(gè)場景的高速短片。

考慮到光的時(shí)空二象性，研究人員想出了如何利用光衍射來完成時(shí)間選通。快速改變衍射光柵上周期性面的傾斜角度，可生成沿不同方向傳播的入射光的多個(gè)副本，提供一種掃描不同空間位置以在不同時(shí)間點(diǎn)排除幀的方法。然后可將這些幀組合在一起形成一部超快的電影。

研究人員使用數(shù)字微鏡器件以非常規(guī)方式完成了這種類型的掃描衍射門。他們創(chuàng)建了一個(gè)序列深度為7幀的DRUM攝像機(jī)，并用它記錄了激光與蒸餾水的相互作用。

新相機(jī)的成像速度和空間分辨率與商用高速相機(jī)相似，但它使用了現(xiàn)成的組件，成本不到當(dāng)今超快相機(jī)的1/10，而超快相機(jī)的起價(jià)接近10萬美元。

關(guān)鍵詞： 門控 衍射光柵 飛秒激光 相機(jī)使用 研究