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 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
