Super-Hochgeschwindigkeitsaufnahmen: 15 Billionen Bilder pro Sekunde





Jede Sekunde finden um uns herum viele physikalische und chemische Prozesse statt, die Ă€ußerst schwer aufzuzeichnen sind. Die KomplexitĂ€t liegt nicht nur in den Dimensionen der beteiligten Objekte, sondern auch in der Geschwindigkeit der Prozesse selbst. In der modernen Forschung spielt das Hochgeschwindigkeitsschießen eine wichtige Rolle, damit Sie ultraschnelle dynamische PhĂ€nomene erfassen können. Aber auch diese Technologie hat ihre Grenzen, die durch Bilder pro Sekunde ĂŒbertrieben angezeigt werden können. Wissenschaftler der UniversitĂ€t von Shenzhen (China) konnten ein ausschließlich optisches System entwickeln, das 15 Billionen Bilder pro Sekunde erreichen kann. Welche Techniken und PhĂ€nomene wurden in dieser Entwicklung verwendet, welche praktischen Experimente haben gezeigt, und wo kann diese Schöpfung ihre Anwendung finden? Antworten auf diese Fragen finden wir im Bericht der Wissenschaftler. Gehen.



Grundlagen der Forschung



Die Hochgeschwindigkeitsbildgebung ist ein wesentliches Instrument zur Untersuchung so schneller dynamischer Prozesse wie Femtosekundenlaserablation, Ausbreitung von Laserfilamenten, Molekulardynamik, Wechselwirkung von Stoßwellen in lebenden Zellen usw.



Wie erwartet ist die ultraschnelle optische Bildgebung, die eine unscharfe Visualisierung von Transienten ermöglicht, ein wĂŒnschenswertes Werkzeug fĂŒr Wissenschaftler aus einer Vielzahl von Wissenschaftsbereichen (Chemie, Physik, optische Technik, Materialwissenschaften, Biomedizin usw.).



Im Moment gibt es bereits eine Reihe von Techniken, mit denen Sie auf dem Gebiet der optischen Bildgebung recht gute Ergebnisse erzielen können. Beispielsweise leistet die zeitaufgelöste Bildgebung, die auf Pump- und Sondentechniken basiert, hervorragende Arbeit bei der reproduzierbaren transienten Dynamik mit hohen Wiederholungsraten. Diese Technik verliert jedoch ihren Vorteil, wenn mit Prozessen gearbeitet wird, die eine geringe Wiederholungsrate aufweisen oder sich ĂŒberhaupt nicht wiederholen.



Das Pump-Sensing-Verfahren kann durch eine einzelne optische Abbildung ersetzt werden. Einige Werke erreichten sogar 25 Millionen Bilder pro Sekunde (Mfps). Und hier ist ein komprimiertes ultraschnelles Foto (CUP durch komprimierte ultraschnelle Fotografie)) Kann mit einer Bildrate von 0,1 Bildern pro Sekunde Billionen (Tfps) mit einer Zeitauflösung von etwa 50 ps arbeiten, indem der Algorithmus angewendet wird, der auf dem Algorithmus der Kompressionserfassung * ( Kompressionserfassung ) basiert .
Compression Sensing (Compressive Sensing) * ist eine Technik zum Erhalten und Wiederherstellen eines Signals, indem die vorherigen Werte bekannt sind, die verdĂŒnnt oder komprimiert sind.
Die rĂ€umliche Auflösung dieser Methode kann auf bis zu 7 lp / mm skaliert werden (Linienpaare pro Millimeter, im Folgenden - lp / mm). Wenn Sie ein 20-fach Objektiv hinzufĂŒgen, erhalten Sie ein phasensensitives komprimiertes ultraschnelles Foto (pCUP), das eine rĂ€umliche Auflösung von wenigen Mikrometern und eine Bildgeschwindigkeit von 1 Tfps liefern kann.



Diese Technik kann eine gute rĂ€umliche Auflösung erreichen, was nicht ĂŒber die zeitliche Auflösung gesagt werden kann. Daher wird ein Verfahren benötigt, das die StĂ€rken der obigen Verfahren miteinander kombinieren kann.



Ein großer Kandidat fĂŒr diese Rolle ist nach EinschĂ€tzung der Wissenschaftler die geeignete optische parametrische VerstĂ€rkung (OPA durch optische parametrische VerstĂ€rkung)). Durch Anwenden von OPA auf ein optisches Bild können die im Signal enthaltenen Informationen in ein leeres Bild kopiert werden. Diese Funktion hat Wissenschaftler dazu inspiriert, eine neue Methode der ultraschnellen optischen One-Shot-Bildgebung zu entwickeln, die als nicht kollineare optische parametrische VerstĂ€rkungsbildgebung bezeichnet wird (FINCOPA fĂŒr die Rahmenbildgebung basierend auf nichtkollinearer optischer parametrischer VerstĂ€rkung ; NCOPA fĂŒr nichtkollineare optische parametrische VerstĂ€rkung ).



Die nicht kollineare Vorrichtung ermöglicht die Umwandlung von Informationen in aufeinanderfolgenden Bildern in rÀumlich getrennte leere Bilder unter Verwendung mehrstufiger optischer parametrischer VerstÀrker, die von einer Reihe von Laserpulsen gepumpt werden.



Dieses rein optische Verfahren vermeidet auch EngpĂ€sse, die mit aktiven mechanischen und elektronischen Komponenten fĂŒr ein schnelles Scannen verbunden sind, was fĂŒr hohe Bildraten entscheidend ist.



Wie FINCOPA funktioniert







Bild 1



Das obige Diagramm zeigt das FINCOPA-System. Ein Abtastimpuls mit einer ausreichend großen zeitlichen Breite wurde verwendet, um alle Informationen in dem Zieltransienten zu erfassen. ZusĂ€tzlich wurde eine Folge von ultrakurzen Impulsen (mit Trigger-1, 2, 3 und 4 bezeichnet) verwendet, um Bildinformationen von verschiedenen Zeitscheiben des Probenimpulses auszulösen und auf eine andere Folge von ultrakurzen Impulsen (mit aufgezeichneten aufgezeichneten 1, 2, 3 und 4 bezeichnet) zu schalten ) unter Verwendung von optischen Kaskadenbildwandlern. Da die aufgenommenen Bilder rĂ€umlich voneinander getrennt sind, können sie von verschiedenen CCD- Kameras (CCD from Charge Coupled Device ) empfangen werden .



Bildintervalle werden durch die relativen Verzögerungen zwischen dem Abtastimpuls und den Triggerimpulsen bestimmt, wÀhrend die Belichtungszeit von Bildern unter Verwendung der Dauer der Triggerimpulse geschÀtzt werden kann. Somit sind die Belichtungszeit, die effektive Bildrate und die Bildnummer unabhÀngig voneinander.



Um diese Idee umzusetzen, wird ein Femtosekunden-Lasersystem mit einer Femtosekunden-Zeitauflösung benötigt. Wie die Wissenschaftler feststellen, ist hier eine genaue Zeitsynchronisation zwischen den Triggerimpulsen und dem Abtastimpuls Ă€ußerst wichtig. Dies wurde erreicht, indem sowohl ein Abtastimpuls als auch Triggerimpulse von derselben Laserquelle erhalten wurden, wodurch die Zeitschwankungen zwischen synchronisierten Impulsen auf mehrere Femtosekunden reduziert wurden. Die Rahmennummer (N) wird durch das VerhĂ€ltnis der insgesamt verfĂŒgbaren Triggerimpulsleistung zur Leistung bestimmt, die zum Auslösen jedes optischen Bildwandlers erforderlich ist.



OPA kann Signalinformationen in einem Leerlaufbild anzeigen, sodass optische parametrische VerstĂ€rker als Bildkonverter dienen können. DarĂŒber hinaus bedeutet die Verwendung von ultrakurzen Impulsen als Pumpen fĂŒr OPA kurze Belichtungszeiten bei der OPA-Bildgebung, d. H. Eine hohe zeitliche Auflösung.



In einem optischen parametrischen VerstĂ€rker tritt OPA nur wĂ€hrend der Wechselwirkung zwischen Pumpe und Signal auf, was bedeutet, dass die Bildinformationen nur im Leerlauf unter der Wirkung der Pumpe angezeigt werden. Die Pumpe hat eine viel kĂŒrzere Impulsbreite als das Signal, so dass sie als optischer Verschluss fungieren kann. Die Verschlusszeit kann aus der Dauer des Pumpimpulses geschĂ€tzt werden, und die zeitliche Auflösung wird hauptsĂ€chlich durch die Dauer des Leerlaufimpulses bestimmt. Beide Dauern sind gleich, wenn die Dicke der OPA-Kristalle dĂŒnn genug ist, um die zeitliche Abweichung zwischen dem Signal und den Pumpimpulsen zu unterdrĂŒcken.



ZusĂ€tzlich trĂ€gt die ultrakurze Pumpimpulsdauer zu einer hohen PumpintensitĂ€t bei (z. B.> 100 GW / cm 2)), was sich auch positiv auf die OPA-VerstĂ€rkung auswirkt und das Erreichen einer großen Raum-Zeit-Bandbreite ermöglicht.



Mit anderen Worten, die PumpintensitĂ€t fĂŒr den OPA wird durch die erforderliche OPA-VerstĂ€rkung und Bandbreite bestimmt, ist aber auch durch die erforderliche BildgrĂ¶ĂŸe und die verfĂŒgbare Pumpleistung fĂŒr den OPA begrenzt.



FĂŒr eine bestimmte PumpintensitĂ€t und BildgrĂ¶ĂŸe oder PumpflĂ€che jedes VerstĂ€rkers kann die Anzahl der VerstĂ€rker oder die Anzahl der Rahmen geschĂ€tzt werden, indem die Gesamtpumpleistung durch die Pumpleistung jedes VerstĂ€rkers dividiert wird. ZusĂ€tzlich bestimmt die Zeitverzögerung zwischen dem Pumpimpuls und dem Signalimpuls die belichteten Zeitscheiben des Signals in jedem VerstĂ€rker (τ).



Aus den Unterschieden zwischen jedem τ-Wert können Rahmenintervalle bestimmt werden. Im FINCOPA-System ist der Wert von τ nur durch die minimal verfĂŒgbaren SchrittgrĂ¶ĂŸen der Zeitverzögerungsleitungen (DL von Verzögerungsleitungen ) und Schwankungen in den Trajektorien des Laserstrahls begrenzt. Typischerweise ist das Rahmenintervall lĂ€nger als die Pumpimpulsdauer.



Abbildung 1b zeigt einen experimentellen FINCOPA-Aufbau.



Der verwendete Femtosekunden-Titan-Saphir-Laser hat die folgenden Parameter: 1 kHz; 800 nm; 3,5 mJ; mit einer Pulsdauer von ~ 40 fs. Die Laserleistung durchlĂ€uft zuerst einen zweiten Harmonischengenerator (SHG): 0,2 mm ÎČ-BBO-Kristall. Die zeitliche Auflösung des Versuchsaufbaus betrĂ€gt ca. 50 fs.



UngefĂ€hr 30% des Laserpulses werden in die zweite Harmonische (d. H. Einen 400-nm-Puls) mit einer Pulsdauer von ~ 40 fs umgewandelt. Nach dem Durchlaufen des WellenlĂ€ngentrenners (WS ) wird der 400-nm-Impuls von einer Strahlteilergruppe (BSG ), einschließlich drei 50: 50-Teilern, in vier Tochterimpulse aufgeteilt, um vier optische parametrische VerstĂ€rker (NCOPA-1 ... NCOPA) zu pumpen -4). Die Anzahl der VerstĂ€rker oder die Anzahl der Frames betrĂ€gt vier, was hauptsĂ€chlich durch die Impulsausgangsleistung des Femtosekundenlasersystems (~ 3,5 W bei 1 kHz) begrenzt ist. Wenn die Energie des Femtosekundenlasers 7 W erreicht, kann die Anzahl der Bilder auf 4 x 7 / 3,5 = 8 geschĂ€tzt werden.



Der nicht umgewandelte 800-nm-Grundimpuls wird vom WS reflektiert. Etwa 1% eines Laserpulses mit einer WellenlĂ€nge von 800 nm wird auf einen Pulsstrecker (PS ) gerichtet - einen Pulsverteiler, der die Pulsdauer auf 50 ps erhöht. Der erweiterte Impuls dient dann als Probe zum Beleuchten des ultraschnellen Zielereignisses sowie als Signal fĂŒr nachfolgende optische parametrische VerstĂ€rker.



In dem obigen Aufbau werden vier optische Abbildungssysteme (OIS-1 bis OIS-4) zwischen dem Ziel und den optischen parametrischen VerstĂ€rkern verwendet, so dass die Zielebenen und die VerstĂ€rkerebenen miteinander verbunden sind. Das OIS-1 zeigt das Ziel auf dem NCOPA-1 mithilfe eines optischen Zooms an, um es an die rĂ€umliche Bandbreite des VerstĂ€rkers anzupassen und so die BildqualitĂ€t zu optimieren. OIS-2, OIS-3 und OIS-4 werden fĂŒr die 1x Relais-Visualisierung verwendet. Vier StĂŒcke von ÎČ-BBO-Kristallen mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Querschnitt von 29,2 Grad funktionieren fĂŒr OPA mit Phasenanpassung vom Typ I.



In jedem VerstĂ€rker befinden sich Pumpe und Signal mit einem kleinen Schnittwinkel (~ 2 Grad) innerhalb der ÎČ-BBO-Kristalle, so dass das erzeugte leere Bild rĂ€umlich von beiden abweicht. Die Verzögerungszeit zwischen ihnen kann unabhĂ€ngig mit DL (DL-1 bis DL-4) eingestellt werden.



Jeder leere Pfad verwendet eine Linse, um einen ÎČ-BBO-Kristall auf einer CCD-Kamera anzuzeigen und die BildqualitĂ€t zu optimieren.



FINCOPA-Systemeigenschaften



Die Verwendung eines Femtosekundenlaserpulses als Pumpe fĂŒr die OPA-Bildgebung hat mehrere Vorteile. Erstens kann ein stĂ€rkerer Pumpimpuls eine höhere VerstĂ€rkung der optischen parametrischen VerstĂ€rkung liefern. Zweitens ermöglicht ein solcher Impuls das Erhalten einer großen rĂ€umlichen Bandbreite.



Die verfĂŒgbare PumpintensitĂ€t wird hauptsĂ€chlich durch LaserschĂ€den am OPA-Kristall begrenzt, die auch von der Pumpimpulsdauer abhĂ€ngen: Je kĂŒrzer die Pumpdauer ist, desto höher ist die verfĂŒgbare IntensitĂ€t. Bei Femtosekundenimpulsen kann die PumpintensitĂ€t Hunderte von GW / cm 2 erreichen . Nanosekundenpulse haben jedoch normalerweise eine IntensitĂ€t unter 10 GW / cm 2... In den durchgefĂŒhrten Experimenten wurde das Pumpen auf 15 GW / cm 2 eingestellt und die OPA-VerstĂ€rkung betrug etwa 30.



Vor dem eigentlichen Test musste eine rĂ€umliche und zeitliche Kalibrierung durchgefĂŒhrt werden.



ZunĂ€chst war es notwendig, die laterale Position der vier CCDs und die VergrĂ¶ĂŸerung des optischen Abbildungssystems zu kalibrieren. Dies erfolgte durch gleichzeitiges Erfassen von Testbildern vom CCD.



Als nÀchstes wurde die Anfangszeit bestimmt, d.h. "Nullzeit", wenn das Signal mit dem Pumpsystem NCOPA-1 (Pumpe-1) interagiert. Dieser Parameter kann durch Einstellen der Verzögerung des ersten Pumpimpulses durch den DL-1 geÀndert werden. Dementsprechend können die Nullpositionen von NCOPA-2, NCOPA-3 und NCOPA-4 durch Einstellen der Zeitverzögerungen ihrer Pumpsysteme festgelegt werden, so dass das von NCOPA-1 verstÀrkte Signal auch von NCOPA-2, NCOPA-3 und NCOPA maximiert wird. -4 gleichzeitig.



Das Rahmenbild, das mit dem Leerlaufimpuls (Leerlauf-1) ĂŒbertragen und von der CCD-1-Kamera aufgenommen wurde, ist das erste Bild. Die nĂ€chsten drei leeren Bilder von CCD-2, CCD-3 und CCD-4 wurden zum zweiten, dritten und vierten Bild. Ihre Momente ab dem Zeitpunkt Null wurden mit DL-2, DL-3 und DL-4 eingestellt, um die Zeitverzögerungen der Pumpstrahlen zu Ă€ndern.



Ultraschnelle Plasma-Array-Bildgebung



Um die Leistung von FINCOPA zu testen, wurde als erste Probe ein Plasma-Array konstruiert. Dies liegt an der Tatsache, dass ein solches Gitter einstellbare Strukturen mit einer rÀumlichen Periode von bis zu 10 Mikrometern und einer in Pikosekunden gemessenen Lebensdauer aufweist. Daher erfordert die Visualisierung einer solchen Probe eine zeitliche Auflösung im Subpikosekundenbereich und eine rÀumliche Auflösung im Mikrometerbereich.



Das Gitter wurde mit zwei nicht kollinearen ultrakurzen Impulsen bei 800 nm unter Verwendung eines nicht kollinearen Interferometers (NCI vom nicht kollinearen Interferometer ) angeregt . Die Gesamtenergie des Anregungsimpulses betrug 2,4 mJ und die Brennweite der Linse (L) betrug 250 mm. Die Gitterperiode wird durch Ändern des Schnittwinkels der beiden Strahlen (2α) reguliert.





Bild Nr. 2



Ein2a zeigt die Gitterstruktur fĂŒr 2 & agr; = 3,8 Grad und 2b zeigt ein eindimensionales IntensitĂ€tsprofil, das entlang der vertikalen weißen Linie auf 2a aufgezeichnet ist .



Es wurde gefunden, dass die Gittermodulationsperiode 12 & mgr; m betrĂ€gt, was einer Rillendichte von etwa 83 lp / mm in vertikaler Richtung entspricht. GemĂ€ĂŸ dem GerĂ€tekonzept kann NCOPA rĂ€umliche Strukturen mit einer rĂ€umlichen Frequenz von bis zu 36 lp / mm auflösen. Daher wurde der OIS-1 auf 3-fache VergrĂ¶ĂŸerung eingestellt, um die Probe auf NCOPA fĂŒr ein 83 lp mm-Gitter sichtbar zu machen.



Zwei Anregungsimpulse fĂŒr die Probe stammten von einem Ti: S-Lasersystem mit einer Frequenz von 1 kHz zusammen mit einem einzelnen ImpulswĂ€hler. In Abwesenheit eines EinzelimpulswĂ€hlers wurde das Ereignis mit einer Frequenz von 1 kHz wiederholt, daher wurde es durch das Pump-Sensing-Verfahren erfasst.



Pump-Probing wurde verwendet, um die Entwicklung des Plasmagitters mit NCOPA-1 und CCD-1 aufzuzeichnen, das, wie in 2c zu sehen ist , 16 Bildfragmente enthÀlt.



Jedes der Fragmente hat eine vertikale weiße Linie, um die rĂ€umliche Position in horizontaler Richtung zu kalibrieren. Auf jedem Fragment des Bildes breitet sich das Plasmagitter von links nach rechts aus. Der Nullpunkt wurde als der Moment definiert, in dem das Plasma die weiße Linie auf dem ersten Fragment des Bildes ( 2c ) kreuzt .



Grafik 2d zeigt die Modulation gegenĂŒber der Verzögerung. Eine Analyse dieser Daten legt nahe, dass das Plasmagitter monoton stĂ€rker wird, nachdem der Pumpimpuls die weiße Linie passiert hat, aber nach 4 ps zu verschwinden beginnt.



FĂŒr die Zeitraffer-Bildgebung wurde am Ausgang des Ti: S-Systems ein Einzelpuls-Selektor installiert, um ein Einzelbild-Plasma-Array zu erstellen.





Bild Nr. 3



Das obige Bild zeigt vier Gruppen von Bildern, von denen jede vier Einzelbilder der Videoaufzeichnung des mit dem FINCOPA-System erhaltenen Gitters enthÀlt (Video Nr. 1).





Video # 1



Auf 3aDie Zeitintervalle zwischen benachbarten leeren Bildern betragen 100 fs. Dies bedeutet, dass FINCOPA mit einer Bildrate von 10 Tfps arbeitet (Video Nr. 2).





Video Nr. 2



In 3a ist auch zu sehen, dass die Streifen des Plasmagitters von links nach rechts mit der Zeit allmÀhlich sichtbar werden, was bedeutet, dass die Dichte des Elektronenplasmas monoton von 0 auf 300 fs ansteigt.



Bei 3b werden die Rahmen in der Zeit 0, 200, 400 und 600 fs dargestellt, d.h. mit einem Intervall zwischen Frames 200 fs (Video # 3).





Video Nr. 3



Die Streifen auf dem Plasmagitter werden immer deutlicher, was durch Ändern der Modulation entlang der weißen Linien ( 3f ) ĂŒberprĂŒft werden kann .



Basierend auf Daten von 3e und 3fwurde das Intervall zwischen den Bildern auf 1 ps erhöht und das aufgezeichnete NCOPA-1-Moment vom Nullzeitmoment auf 1 ps verschoben (Video Nr. 4).





Video №4



Auf 3c und 3g zeigt die Modulationskurve und das Bild eine Tendenz zur Erhöhung des Plasmagitters ( 3a und 3b ).



Bei 3d sind Bilder bei 5, 8, 20 und 30 ps zu sehen (Video №5). Die Sichtbarkeit der Streifen nimmt mit der Zeit ab, was bedeutet, dass das Plasmagitter allmĂ€hlich von 5 auf 30 ps verschwindet. Infolgedessen nimmt im Gegensatz zu 3e - 3g die Modulation um 3h mit der Zeit ab.





Video # 5



Um vollstĂ€ndige Informationen aus den Bildern 3f - 3h zu sammeln , wurden die zeitlichen Eigenschaften der normalisierten Modulation des Gitters aus den weißen Linien jedes Bildes erhalten (blaue Markierungen bei 4a ; rote Markierungen entsprechen 2d, die durch Pumpen-Abtasten erhalten wurden).





Bild №4 Ein



Vergleich der Ergebnisse beider Methoden (dh Vergleich der roten und blauen Markierungen) zeigte, dass die Ergebnisse beider Methoden ĂŒbereinstimmen, d.h. Das FINCOPA-System funktioniert ordnungsgemĂ€ĂŸ.



In dem Fall, in dem 2 & agr; = 2,5 Grad ist, wird die Periode des Plasmagitters ungefÀhr 18 & mgr; m (d. H. Die Schattierungsdichte betrÀgt 56 lp / mm).



Es wurden die gleichen Experimente wie in Bild Nr. 3 durchgefĂŒhrt, jedoch mit 2α = 2,5, nicht 3,8 Grad. Ergebnisse ( 4b) zeigen eine gute Übereinstimmung normalisierter Modulationen zwischen der Pump-Probing-Methode und der FINCOPA-Methode.



Ferner wurde die Entwicklung des Gitters entlang der Ausbreitungsrichtung berĂŒcksichtigt. Aus 4 × 4-Rahmen wurde der Modulationskoeffizient in AbhĂ€ngigkeit von der rĂ€umlichen Koordinate entlang der Ausbreitungsrichtung fĂŒr verschiedene Werte von & tgr; erhalten, beispielsweise 0,8, 1, 2 und 4 ps ( 5a ).





Bild Nr. 5



Der Modulationspeak verschiebt sich mit zunehmendem τ nach rechts, was durch die Tatsache erklĂ€rt wird, dass sich ein Paar Pumpimpulse von links nach rechts ausbreitete. Da das Plasmagitter ein Modulationsobjekt geringer IntensitĂ€t ist, ist der gemessene Bildkontrast relativ gering. Durch rĂ€umliche Filterung konnte der Hintergrund entfernt und der Kontrast des Bildes erhöht werden.



Ein weiteres beobachtetes PhĂ€nomen war, dass die Spitzenmodulationswerte mit dem Abstand vom Zentrum entlang der x-Richtung abnahmen. Fig. 5b zeigt die Entwicklung der Gittermodulation als Funktion der Zeit von 0 bis 30 ps an vier Positionen entlang der x-Richtung (d. H. X = –15, –60, –90 und –500 & mgr; m). Alle Positionen zeigen eine Ă€hnliche Modulationsentwicklung, aber die Maxima nehmen ab, wenn die Position von der Mitte nach links verschoben wird. Somit impliziert 5b die AbhĂ€ngigkeit der Gittermodulation von x, die sich aus der AbhĂ€ngigkeit der IntensitĂ€t des Anregungsimpulses von x ergeben kann.



Ultraschnelle Abbildung eines rotierenden optischen Feldes





Bild Nr. 6



Zur zusĂ€tzlichen ÜberprĂŒfung der zeitlichen Auflösung von FINCOPA wurde ein ultraschnell rotierendes optisches Feld mit einer Frequenz von 20 Hz und einer Rotationsrate von mehr als 10 Billionen Radiant pro Sekunde (Trad / s) abgebildet (Aufbau bei 7b ).





Bild Nr. 7



Niedrige Wiederholungsrate (20 Hz) bedeutet, dass diese Art von optischem Feld auf extrem hohe Leistung (z. B. mehrere zehn Terawatt und sogar mehr) verstĂ€rkt werden kann. Bei einem Lasersystem geht eine niedrige Wiederholungsrate jedoch normalerweise mit einer großen sprungartigen Schwankung seiner Ausgangsimpulse einher, so dass das Pump-Sensing-Verfahren zu einer erheblichen Ungenauigkeit der Messung fĂŒhren kann.



Das untersuchte Feld wurde durch zwei gechirpte Wirbelimpulse mit unterschiedlichen topologischen Ladungen (± l) und Zeitverzögerung (Ύt) erzeugt. Wenn wir die Zeitverzögerung eines Paares von gechirpten Impulsen auf 1 ps einstellen, dreht sich das optische Feld mit einer Differenz der Winkelfrequenzen & Dgr; & ohgr; = ~ 27 Trad / s (d. H. Der Rotationszyklus betrÀgt 466 fs).



Das FINCOPA-System visualisierte dieses Ereignis mit einem Rahmenintervall von & Dgr; t = 66,7 fs, d.h. mit einer Frequenz von 15 Billionen Bildern pro Sekunde (Video Nr. 6). Bild Nr. 6 zeigt ein Feld, das sich in 200 fs um einen Winkel von ~ 0,9 & pgr; rad dreht.





Video Nr. 6



Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, den Bericht von Wissenschaftlern zu lesen .



Epilog



Es wird oft gesagt, dass ein Meister nichts ohne seine Instrumente ist. Vielleicht ist dies eine Übertreibung, weil Talent, FĂ€higkeiten und Wissen nicht abgesagt wurden. Bei der Erforschung von Prozessen spielen Werkzeuge jedoch eine wichtige Rolle.



In dieser Arbeit haben Wissenschaftler ein funktionsfĂ€higes Hochgeschwindigkeits-Bildgebungssystem demonstriert, das alles mit einer Bildrate von bis zu 15 Billionen erfassen kann. Bisher gab es keine derartigen Indikatoren, sodass wir sicher darĂŒber sprechen können, einen neuen Rekord aufzustellen.



Die Autoren selbst sind zuversichtlich, dass ihre Idee es ermöglichen wird, viele neue Dinge sowohl in den PhĂ€nomenen und Prozessen zu lernen, die bereits untersucht wurden, als auch in solchen, die aufgrund des Mangels an der erforderlichen AusrĂŒstung noch nicht berĂŒcksichtigt werden konnten.



NatĂŒrlich wollen die Autoren der Studie nicht prahlen, da ihr System Verbesserungen und Modifikationen erfordert, was in Zukunft dazu fĂŒhren kann, dass die FINCOPA-Methode so verbreitet und verbreitet wird wie die konventionelle Mikroskopie. Zumindest ist dies der Traum von Wissenschaftlern. Die Zeit wird zeigen, ob es RealitĂ€t wird.



Vielen Dank fĂŒr Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie eine gute Arbeitswoche, Jungs. :) :)



Ein bisschen Werbung



Vielen Dank fĂŒr Ihren Aufenthalt bei uns. GefĂ€llt dir unser Artikel? Möchten Sie weitere interessante Inhalte sehen? UnterstĂŒtzen Sie uns, indem Sie eine Bestellung aufgeben oder Freunden Cloud-VPS fĂŒr Entwickler ab 4,99 US-Dollar empfehlen , ein einzigartiges Analogon von Einstiegsservern, die wir fĂŒr Sie erfunden haben: Die ganze Wahrheit ĂŒber VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Kerne) 10 GB DDR4 480 GB SSD 1 Gbit / s ab 19 $ oder wie teilt man den Server richtig? (Optionen verfĂŒgbar mit RAID1 und RAID10, bis zu 24 Kernen und bis zu 40 GB DDR4).



Ist Dell R730xd 2x im Equinix Tier IV-Rechenzentrum in Amsterdam billiger? Nur wir haben 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2,6 GHz 14C 64 GB DDR4 4 x 960 GB SSD 1 Gbit / s 100 TV von 199 US-Dollar in den Niederlanden!Dell R420 - 2x E5-2430 2,2 GHz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbit / s 100 TB - Ab 99 US-Dollar! Lesen Sie, wie Sie die Infrastruktur von bldg aufbauen. Klasse mit Dell R730xd E5-2650 v4 Servern zum Preis von 9000 Euro fĂŒr einen Cent?



All Articles