俄制成每秒拍攝20萬億次的全息數(shù)碼相機(jī)

為揭示微觀世界的某些連續(xù)物理變化和生命活動(dòng)，俄羅斯研究人員最新研制出一種每秒拍攝20萬億次、可立體顯示被研究對(duì)象動(dòng)態(tài)的全息數(shù)碼相機(jī)。

全息攝影是指當(dāng)某種光波透射一個(gè)物體或被其反射后，記錄透射及反射光中所有光波振幅和相位的照相技術(shù)。在用信息技術(shù)對(duì)有用的光波信息進(jìn)行編碼和不同視角的影像重建后，可在需要時(shí)顯現(xiàn)被拍攝物的三維立體圖像。

俄羅斯圣彼得堡國立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)大學(xué)的研究者在美國《應(yīng)用物理通訊》上報(bào)告說，物體燃燒時(shí)迸發(fā)的火星、生物細(xì)胞受刺激后產(chǎn)生的位移，均是持續(xù)時(shí)間僅為納秒(十億分之一秒)級(jí)的現(xiàn)象。盡管借助飛秒(千萬億分之一秒)激光脈沖掃描可觀察這種瞬間現(xiàn)象，但卻難以獲得顯示其連續(xù)變化的立體圖像。

為解決這一問題，該校研究人員制作出一種用飛秒激光脈沖每秒掃描拍攝20萬億次的全息數(shù)碼相機(jī)。該裝置所發(fā)射的激光會(huì)通過分光器轉(zhuǎn)變成3束脈沖式激光，其中A束激光強(qiáng)度最高，能加熱并激發(fā)被研究物的分子；B束激光會(huì)接著從另一個(gè)方向穿透被研究物，并在該物質(zhì)的原子上發(fā)生散射，這種散射光被稱為物光；C束激光則作為參考光從被研究物近旁掠過。此后，物光和參考光會(huì)在記錄介質(zhì)上發(fā)生光波疊加并生成干涉條紋圖。

俄研究人員借助計(jì)算機(jī)對(duì)這種圖像進(jìn)行加工和解讀，對(duì)比物光和參考光抵達(dá)記錄介質(zhì)的路程差值后，確定了物光中所包含的所有光波振幅和相位信息。依據(jù)超高頻拍攝所獲得的這些連貫信息，便可生成反映被研究物連續(xù)變化的三維立體圖像。

參與研究的工程師奇佩金介紹，科研小組用這種數(shù)碼相機(jī)發(fā)射的激光脈沖，激發(fā)物體燃燒時(shí)的火星并成功拍下了火星迸發(fā)軌跡的全息立體圖像。該專家還認(rèn)為，在對(duì)上述飛秒激光的強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整后，有望用這種相機(jī)拍攝到生物細(xì)胞、病毒的動(dòng)態(tài)變化。此外，這項(xiàng)技術(shù)還為觀察與電子能量變化相關(guān)的電子躍遷提供了新思路。