Impresión artística de UV-CUP de un solo disparo que apareció en la portada del décimo número de la revista Laser & Photonics Reviews. Crédito: Jinyang Liang: Fotografía ultravioleta comprimida ultrarrápida de un solo disparo. Reseñas de Laser & Photonics, 2020, volumen 14, portada del número 10. Copyright Wiley-VCH GmbH. Reproducido con permiso.
Investigadores diseñan la cámara ultravioleta más rápida del mundo: registra fotones en el rango ultravioleta en tiempo real
El equipo del profesor Jinyang Liang, especialista en imágenes ultrarrápidas del Institut national de la recherche scientifique (INRS), en colaboración con un equipo internacional de investigadores, ha desarrollado la cámara más rápida del mundo capaz de registrar fotones en ultravioleta (UV ) rango en tiempo real. Esta investigación original aparece en la portada del décimo número de la revista Laser & Photonics Reviews.
La fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) captura todo el proceso en tiempo real y con una resolución inigualable con un solo clic. La información espacial y temporal se comprime primero en una imagen y luego, utilizando un algoritmo de reconstrucción, se convierte en un video.
Ilustración de un sistema UV-CUP compacto de una caja. Crédito: Jinyang Liang
Desarrollo de un instrumento compacto para UV
Hasta ahora, esta técnica se limitaba a longitudes de onda visibles e infrarrojas cercanas y, por tanto, a una categoría específica de eventos físicos. “Muchos fenómenos que ocurren en escalas de tiempo muy cortas también ocurren en una escala espacial muy pequeña. Para verlos, necesita detectar longitudes de onda más cortas. Hacer esto en el rango de rayos ultravioleta o incluso de rayos X es un paso notable hacia este objetivo ”, dice Jinyang Liang, quien dirigió el estudio.
Para registrar en esta nueva gama de longitudes de onda y desarrollar la técnica en un producto fácil de usar, los investigadores diseñaron un sistema compacto UV-CUP con Christian-Yves Côté de Axis Photonique Inc. a través de una colaboración entre la academia y la industria. El nuevo sistema cuenta con un fotocátodo estampado, que se utiliza para detectar y codificar simultáneamente la “luz negra”. “Como una cámara estándar, nuestra tecnología es pasiva. No produce luz; lo recibe. Por tanto, nuestro fotocátodo tenía que ser sensible a los fotones emitidos como luz ultravioleta. Este diseño hace de nuestra técnica un sistema autónomo que se puede integrar fácilmente en varias plataformas experimentales ”, dice Jinyang Liang, quien ha estado contribuyendo al desarrollo de CUP desde su posdoctorado.
Liang trabajó con François Légaré, también profesor del INRS, para generar y tomar imágenes de pulsos UV en el laboratorio de Fuente de luz láser avanzada (ALLS). “El excelente entorno de investigación en el Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications del INRS es muy útil. Es mucho más eficiente cuando todas las capacidades necesarias de diseño, fabricación y caracterización están disponibles en el mismo edificio “.
El investigador del INRS Jinyang Liang se especializa en imágenes ultrarrápidas y biofotónicas. Crédito: Christian Fleury
Dividiendo el problema de la reconstrucción
“Tomar la fotografía es solo la primera mitad del trabajo”, dice Jinyang Liang. “También hay que reconstruirlo”. Para hacer esto, los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo, más eficiente que los algoritmos estándar, a través de su colaboración con la Universidad de Boston. Su fuerza proviene de una división de tareas. “En lugar de resolver el problema de la reconstrucción como un bulto, el algoritmo divide la reconstrucción en problemas más pequeños que aborda individualmente”, explica el profesor Liang.
Con las innovaciones tanto en hardware como en software, UV-CUP tiene una velocidad de imagen de 0,5 billones de fotogramas por segundo. Produce videos con 1500 cuadros en gran formato. Como generador de imágenes a la velocidad de la luz, UV-CUP ve fotones UV voladores en tiempo real. “Siempre me fascina cuando puedes ver el objeto más rápido del universo con tanto detalle”, dice Yingming Lai, estudiante de maestría en INRS y primer autor del artículo.
El dispositivo desarrollado a través de esta colaboración internacional será enviado al laboratorio de investigación SOLEIL Synchrotron en Francia para visualizar fenómenos físicos. Podría capturar láserplasma la generación, fenómeno fundamental para deducir determinadas propiedades de los materiales, y la fluorescencia ultravioleta, importante en la imagen médica para identificar biomarcadores relacionados con enfermedades.
Referencia: “Fotografía ultravioleta comprimida ultrarrápida de un solo disparo” por Yingming Lai, Yujia Xue, Christian ‐ Yves Côté, Xianglei Liu, Antoine Laramée, Nicolas Jaouen, François Légaré, Lei Tian y Jinyang Liang, 13 de septiembre de 2020, Reseñas de láser y fotónica.
DOI: 10.1002 / lpor.202000122
Los investigadores recibieron fondos del Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC), la Fundación de Canadá para la Innovación (CFI), el Fonds de recherche du Québec – Nature et Technologies (FRQNT), el Fonds de recherche du Québec – Santé (FRQS ) y la National Science Foundation (NSF).
