光是宇宙中最快的東西，所以想要在移動(dòng)中捕捉到它是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。我們已經(jīng)取得了一些成功，但是加州理工學(xué)院的科學(xué)家們建造的一個(gè)新設(shè)備每秒可以捕獲令人難以置信的10萬(wàn)億幀，這意味著它可以在光傳播的過(guò)程中捕捉到光——而且他們計(jì)劃使它的速度提高一百倍。

了解光如何運(yùn)動(dòng)對(duì)很多領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的，所以這并不是單純的好奇心驅(qū)使著梁錦陽(yáng)和他的同事們的努力——也不是說(shuō)這有什么不對(duì)。但是，在物理、工程和醫(yī)學(xué)上有一些潛在的應(yīng)用，它們?cè)诤艽蟪潭壬弦蕾囉诠庠谌绱诵?、如此短的尺度下的行為，以至于它們處于可以測(cè)量的極限。

你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)十億和萬(wàn)億fps的相機(jī)，但那些可能是“條紋相機(jī)”，做了一些作弊來(lái)達(dá)到這些數(shù)字。如果一束光可以被完美地復(fù)制，那么你就可以每毫秒發(fā)射一束光，但是相機(jī)的捕捉時(shí)間會(huì)被更小的部分抵消，比如幾飛秒(10億倍短)。當(dāng)它在這里的時(shí)候，你會(huì)捕捉到一個(gè)脈沖，下一個(gè)脈沖是在更遠(yuǎn)的地方，下一個(gè)脈沖是在更遠(yuǎn)的地方，以此類推。最終的結(jié)果是，這部電影在很多方面都無(wú)法與你以高速捕捉到的第一個(gè)脈沖區(qū)分開(kāi)來(lái)。

這是非常有效的——但你不能總是指望能以同樣的方式產(chǎn)生百萬(wàn)倍的光脈沖。也許你需要看看當(dāng)它通過(guò)一個(gè)精心設(shè)計(jì)的激光蝕刻透鏡時(shí)發(fā)生了什么，這個(gè)透鏡會(huì)被第一個(gè)脈沖所改變。在這種情況下，你需要實(shí)時(shí)捕捉第一個(gè)脈沖——這意味著不僅要以飛秒的精度記錄圖像，而且要相隔飛秒。這就是T-CUP方法的作用。它結(jié)合了一個(gè)條紋相機(jī)與第二個(gè)靜態(tài)相機(jī)和一個(gè)數(shù)據(jù)采集方法用于斷層攝影?！拔覀冎?，如果只使用飛秒條紋相機(jī)，圖像質(zhì)量就會(huì)受到限制?！睘榱烁倪M(jìn)這一點(diǎn)，我們添加了另一個(gè)攝像頭來(lái)獲取靜態(tài)圖像。結(jié)合飛秒條紋相機(jī)獲得的圖像，我們可以使用所謂的氡變換來(lái)獲得高質(zhì)量的圖像，同時(shí)記錄每秒10萬(wàn)億幀。事情就這么解決了!

無(wú)論如何，這種方法允許圖像——技術(shù)上的時(shí)空數(shù)據(jù)——以100飛秒的間隔被捕獲。這是每秒10萬(wàn)億，或者如果他們想運(yùn)行這么長(zhǎng)時(shí)間的話，但是沒(méi)有足夠快的存儲(chǔ)陣列可以每秒寫(xiě)10萬(wàn)億的數(shù)據(jù)。所以他們現(xiàn)在只能讓它連續(xù)運(yùn)行幾幀——在你看到的這個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)中有25幀。這25幀顯示了飛秒長(zhǎng)的激光脈沖通過(guò)分光鏡——注意在這個(gè)尺度下，光通過(guò)透鏡本身所需要的時(shí)間是非常重要的。你必須考慮到這些事情!

這種實(shí)時(shí)的精確程度是前所未有的，但是團(tuán)隊(duì)還沒(méi)有完成?！拔覀円呀?jīng)看到了將速度提高到10^15幀每秒的可能性!”梁在新聞稿中熱情地說(shuō)道。在這樣的尺度上捕捉光的行為，以這種程度的保真度，這比我們幾年前所能做到的要高得多，而且可能會(huì)開(kāi)創(chuàng)物理學(xué)和其他領(lǐng)域的全新研究領(lǐng)域。