Cosa succede quando una nuova tecnologia è così precisa da operare su una scala che va oltre le nostre capacità di caratterizzazione? Per esempio, i laser utilizzati all'INRS producono impulsi ultracorti nell'intervallo dei femtosecondi (10 ^-15 S), che è troppo breve per essere visualizzato. Sebbene alcune misurazioni siano possibili, niente batte un'immagine chiara, dice Jinyang Liang, professore dell'INRS e specialista di imaging ultraveloce. Lui e i suoi colleghi, guidato da Lihong Wang del Caltech, hanno sviluppato quella che chiamano T-CUP:la fotocamera più veloce del mondo, in grado di catturare 10 trilioni (10 ¹³ ) fotogrammi al secondo (Fig. 1). Questa nuova fotocamera consente letteralmente di congelare il tempo per vedere i fenomeni, e persino la luce, in un movimento estremamente lento.

Negli ultimi anni, la giunzione tra le innovazioni nell'ottica non lineare e l'imaging ha aperto la porta a metodi nuovi e altamente efficienti per l'analisi microscopica dei fenomeni dinamici in biologia e fisica. Ma sfruttare il potenziale di questi metodi richiede un modo per registrare immagini in tempo reale con una risoluzione temporale molto breve, in una singola esposizione.

Utilizzando le attuali tecniche di imaging, le misurazioni effettuate con impulsi laser ultracorti devono essere ripetute molte volte, che è appropriato per alcuni tipi di campioni inerti, ma impossibile per altri più fragili. Per esempio, il vetro inciso al laser può tollerare solo un singolo impulso laser, lasciando meno di un picosecondo per acquisire i risultati. In tal caso, la tecnica di imaging deve essere in grado di catturare l'intero processo in tempo reale.

La fotografia ultraveloce compressa (CUP) è stata un buon punto di partenza. A 100 miliardi di fotogrammi al secondo, questo metodo si è avvicinato, ma non si sono incontrati, le specifiche richieste per integrare i laser a femtosecondi. Per migliorare il concetto, il nuovo sistema T-CUP è stato sviluppato sulla base di una telecamera a femtosecondi che incorpora anche un tipo di acquisizione dati utilizzato in applicazioni come la tomografia.

"Sapevamo che utilizzando solo una fotocamera a femtosecondi, la qualità dell'immagine sarebbe limitata, "dice il professor Lihong Wang, il professore Bren di ingegneria mediale e ingegneria elettrica al Caltech e il direttore del Caltech Optical Imaging Laboratory (COIL). "Quindi per migliorare questo, abbiamo aggiunto un'altra fotocamera che acquisisce un'immagine statica. In combinazione con l'immagine acquisita dalla fotocamera a femtosecondi, possiamo usare la cosiddetta trasformazione Radon per ottenere immagini di alta qualità registrando dieci trilioni di fotogrammi al secondo".

Stabilire il record mondiale di velocità di imaging in tempo reale, T-CUP può alimentare una nuova generazione di microscopi per applicazioni biomediche, scienza dei materiali, e altre applicazioni. Questa fotocamera rappresenta un cambiamento fondamentale, consentendo di analizzare le interazioni tra luce e materia con una risoluzione temporale senza pari.

La prima volta che è stato utilizzato, la fotocamera ultraveloce ha aperto nuovi orizzonti catturando la messa a fuoco temporale di un singolo impulso laser a femtosecondi in tempo reale (Fig. 2). Questo processo è stato registrato in 25 fotogrammi presi a un intervallo di 400 femtosecondi e ha dettagliato la forma dell'impulso di luce, intensità, e angolo di inclinazione.

"È un successo in sé, "dice Jinyang Liang, l'autore principale di questo lavoro, che era un ingegnere in COIL quando è stata condotta la ricerca, "ma vediamo già la possibilità di aumentare la velocità fino a un quadrilione (10 exp 15) di fotogrammi al secondo!" Velocità del genere offriranno sicuramente informazioni sui segreti ancora non rilevabili delle interazioni tra luce e materia.