Il team del professor Jinyang Liang, specialista in imaging ultraveloce presso l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), in collaborazione con un team internazionale di ricercatori, ha sviluppato la fotocamera più veloce al mondo in grado di registrare fotoni nella gamma dell'ultravioletto (UV) in tempo reale. Questa ricerca originale è presente sulla copertina del decimo numero della rivista Recensioni su laser e fotonica .

La fotografia ultraveloce compressa (CUP) cattura l'intero processo in tempo reale e con una risoluzione senza precedenti con un solo clic. Le informazioni spaziali e temporali vengono prima compresse in un'immagine e poi, utilizzando un algoritmo di ricostruzione, viene convertito in un video.

Sviluppo di uno strumento compatto per UV

Fino ad ora, questa tecnica era limitata alle lunghezze d'onda del visibile e del vicino infrarosso, e quindi ad una specifica categoria di eventi fisici. "Molti fenomeni che si verificano su scale temporali molto brevi si verificano anche su una scala spaziale molto piccola. Per vederli, è necessario rilevare lunghezze d'onda più corte. Fare questo nelle gamme UV o persino nei raggi X è un notevole passo avanti verso questo obiettivo, "dice Jinyang Liang, che ha condotto lo studio.

Per registrare in questa nuova gamma di lunghezze d'onda e sviluppare la tecnica in un prodotto di facile utilizzo, i ricercatori hanno progettato un sistema UV-CUP compatto con Christian Yves Côté di Axis Photonique Inc. tramite una collaborazione tra università e industria. Il nuovo sistema presenta un fotocatodo modellato, che viene utilizzato per rilevare e codificare contemporaneamente la luce nera. "Come una fotocamera standard, la nostra tecnologia è passiva. Non produce luce; lo riceve. Perciò, il nostro fotocatodo doveva essere sensibile ai fotoni emessi come luce UV. Questo design rende la nostra tecnica un sistema autonomo che può essere facilmente integrato in varie piattaforme sperimentali, "dice Jinyang Liang, che ha contribuito allo sviluppo di CUP sin dal suo post-dottorato.

Liang ha lavorato con François Légaré, anche un professore dell'INRS, per generare e acquisire immagini di impulsi UV presso il laboratorio Advanced Laser Light Source (ALLS).

Dividere il problema della ricostruzione

"Fare la foto è solo la prima metà del lavoro, " dice Jinyang Liang. "Deve anche essere ricostruito." Per fare questo, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo algoritmo, più efficiente degli algoritmi standard, attraverso la loro collaborazione con la Boston University. La sua forza deriva da una divisione dei compiti. "Piuttosto che risolvere il problema della ricostruzione in blocco, l'algoritmo suddivide la ricostruzione in problemi più piccoli che affronta individualmente, " spiega il professor Liang.

Con le innovazioni sia nell'hardware che nel software, UV-CUP ha una velocità di imaging di 0,5 trilioni di fotogrammi al secondo. Produce video con 1500 fotogrammi in grande formato. Come imager alla velocità della luce, UV-CUP vede i fotoni UV volanti in tempo reale. "Mi affascina sempre quando puoi guardare l'oggetto più veloce dell'universo con così tanti dettagli, "dice Yingming Lai, uno studente di Master all'INRS e il primo autore dell'articolo.

Il dispositivo sviluppato attraverso questa collaborazione internazionale sarà inviato al laboratorio di ricerca SOLEIL Synchrotron in Francia per visualizzare i fenomeni fisici. Potrebbe catturare la generazione di plasma laser, un fenomeno che è essenziale per dedurre alcune proprietà dei materiali, e fluorescenza UV, che è importante nell'imaging medico per identificare i biomarcatori legati alle malattie.