加拿大国家科学研究学院开发出全球最快紫外线相机

2020-10-12 11:53

加拿大国家科学研究学院（INRS）一个由超快成像专家梁金阳（音译）教授领导的团队，与国际研究团队合作，开发出全球最快的相机，能够实时记录紫外线（UV）范围内的光子。这项研究被刊登在第10期《激光与光子学评论》杂志的封面上。

按下快门，压缩超快摄影就能够实时捕抓运动的整个过程，并提供无与伦比的分辨率。该相机首先会把时间和空间信息压缩成图像，然后利用重建算法将其转换成视频。

图片来源：INRS官网

研制一种小型紫外测试仪

到目前为止，这项技术仅限于可见光和近红外波长，因此仅限于特定的物理事件。梁教授表示：“许多在很短时间尺度上发生的现象也会发生在很小的空间尺度上。要想观察到它们，你需要探测较短的波长。在紫外线甚至X射线范围内探测短波长是朝着这个目标迈出的重要一步。”

为了在这个新的波长范围内进行记录，并将这一技术开发成一种用户友好型产品，研究人员通过学术界与业界的合作，与AxisPhotonique公司的Christian Yves Coté设计了一个小型的UV－CUP系统，系统中拥有一个用于同时检测和编码黑光的带有图纹的光阴极。梁教授表示：“和标准相机一样，我们的技术是被动的。它并不发光，只是接收光。为此，我们的光阴极必须对以紫外光形式发出的光子敏感。这样的设计令我们的技术成为一个独立的系统，可以很容易地集成到各种试验平台中。”

梁教授与同样是INRS教授的Francois Legare一起在先进激光光源（ALLS）实验室制作和拍摄紫外线脉冲图像。

重建问题的分工

梁教授表示：“拍照只是工作的前半部分，它也必须重建。为了做到这一点，研究人员与波士顿大学合作开发了一种比标准算法更有效的新算法。该算法的特点在于对任务的分工，新算法不是将重建问题作为一个整体来解决，而是将重建问题分拆为一个个小问题，然后逐个解决。”

由于硬件和软件的创新，UV－CUP的成像速度达到了每秒0．5万亿帧。它可以制作1500帧的大格式视频。作为一个光速成像仪，UV－CUP可以实时看到飞行中的紫外光子。论文第一作者赖英明（音译）表示：“能够这么仔细地观察宇宙中最快的物体，真是令人沉醉。”

该设备将被送往法国SOLEIL同步加速器研究实验室，以可视化一些物理现象。它可以捕获激光等离子体的产生，这是推断材料某些特性的必要现象，以及捕获在医学成像中识别与疾病相关的生物标记很重要的紫外荧光。