科学家发明史上最快相机每秒可捕捉10万亿帧

　　慢动作视频总能给我们的生活增添一丝乐趣，比如 YouTube 上的 Slo-Mo Guys 。可惜当前市面上的高端装备，也不过每秒几千帧。娱乐之外，高速摄影还能够在研究等领域发挥更大的作用，所以科学家们一直在努力推动这个极限。  好消息是，加州理工学院（Cal-tech）和法国国家安全研究所（INRS）的团队，刚刚开发出了世界上最快的相机。
　　它能够以每秒 10 万亿帧的速度来探索世界、足以揭示光与物质之间的纳米级相互作用。
　　去年，一直瑞典团队创下了 5 万亿 fps 的纪录，其基于早前的 4.4 万亿 fps 系统的改进。  不过最新杀到的选手，轻松地前任纪录保持者翻了个底朝天，快到甚至能够捕捉到飞秒激光脉冲的一些细节。 为了研制新技术，团队从可以达到 1000 亿 fps 的“压缩超快速摄影”（简称 CUP）系统着手。
　　尽管千亿 fps 看似很快，但距离真正捕捉到飞秒（一千万亿分之一秒）激光还差得很远。
　　该相机有望揭开生物和物理等领域的谜题（图自：INRS）
　　有鉴于此，  研究团队结合了飞秒超快速扫描相机（femtosecondstreak camera）和静态相机，通过被称作 Radon 变换的数据采集技术，来打造更先进的新系统  —— 它就是 T-CUP 。论文主要合著者之一的 Lihong Wang 表示，如果只使用一台飞秒超快速扫描相机，那图像的质量将相当受限。为改善这点，我们加入了另一个摄像头，它可以获得静态图像。
　　将两者相结合，我们可以使用所谓的 Radon 变换，来获得高品质的图像、同时实现每秒 10 万亿帧的记录。
　　T-CUP 系统捕捉的“飞秒激光脉冲”（femtosecond laser pulse）实时影像
　　首次测试时，相机通过捕捉单个飞秒激光脉冲，来证明了自身的价值。 其一共拍摄了 25 张照片，间隔时间都是 400 飞秒。与旧技术相比，T-CUP 系统让研究人员能够以慢很多的速度，看到光脉冲的形状、强度、倾角变化。
　　它可以帮助我们看到更短时间内发生的事件，最终揭开超高速物理和生物学领域的新秘密。
　　当然，研究团队没有止步于 10 万亿帧。研究一作 Jinyang Liang 表示：  “这本身已是一件了不起的成就，但我们看到了将速度提升至每秒 一千万亿帧的可能性”。有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《光科学与应用》（ Light: Science & Applications ）期刊上。
　　原标题为：  《Single-shot real-time femtosecond imaging of temporal focusing》  。