Que se passe-t-il lorsqu'une nouvelle technologie est si précise qu'elle fonctionne à une échelle dépassant nos capacités de caractérisation ? Par exemple, les lasers utilisés à l'INRS produisent des impulsions ultracourtes de l'ordre de la femtoseconde (10 ^-15 s), ce qui est bien trop court pour être visualisé. Bien que certaines mesures soient possibles, rien ne vaut une image claire, explique Jinyang Liang, professeur à l'INRS et spécialiste de l'imagerie ultrarapide. Lui et ses collègues, dirigé par Lihong Wang de Caltech, ont développé ce qu'ils appellent T-CUP :la caméra la plus rapide du monde, capable de capturer 10 000 milliards (10 ¹³ ) images par seconde (Fig. 1). Cette nouvelle caméra permet littéralement de figer le temps pour voir des phénomènes - et même la lumière - au ralenti.

Dans les années récentes, la jonction entre les innovations en optique non-linéaire et en imagerie a ouvert la porte à des méthodes nouvelles et très efficaces pour l'analyse microscopique des phénomènes dynamiques en biologie et en physique. Mais exploiter le potentiel de ces méthodes nécessite un moyen d'enregistrer des images en temps réel à une résolution temporelle très courte, en une seule exposition.

En utilisant les techniques d'imagerie actuelles, les mesures prises avec des impulsions laser ultracourtes doivent être répétées plusieurs fois, ce qui est approprié pour certains types d'échantillons inertes, mais impossible pour d'autres plus fragiles. Par exemple, le verre gravé au laser ne peut tolérer qu'une seule impulsion laser, en laissant moins d'une picoseconde pour capturer les résultats. Dans ce cas, la technique d'imagerie doit pouvoir capturer l'ensemble du processus en temps réel.

La photographie ultrarapide compressée (CUP) était un bon point de départ. À 100 milliards d'images par seconde, cette méthode s'est approchée, mais ne s'est pas rencontré, les spécifications requises pour intégrer les lasers femtosecondes. Pour améliorer le concept, le nouveau système T-CUP a été développé sur la base d'une caméra à balayage femtoseconde qui intègre également un type d'acquisition de données utilisé dans des applications telles que la tomographie.

« Nous savions qu'en utilisant uniquement une caméra à balayage femtoseconde, la qualité de l'image serait limitée, " dit le professeur Lihong Wang, le professeur Bren de génie médical et de génie électrique à Caltech et le directeur du laboratoire d'imagerie optique de Caltech (COIL). « Donc, pour améliorer cela, nous avons ajouté une autre caméra qui acquiert une image statique. Combiné à l'image acquise par la caméra à balayage femtoseconde, nous pouvons utiliser ce qu'on appelle une transformation de Radon pour obtenir des images de haute qualité tout en enregistrant dix mille milliards d'images par seconde."

Établir le record du monde de vitesse d'imagerie en temps réel, T-CUP peut alimenter une nouvelle génération de microscopes pour le biomédical, la science des matériaux, et d'autres applications. Cette caméra représente un changement fondamental, permettant d'analyser les interactions entre la lumière et la matière à une résolution temporelle inégalée.

La première fois qu'il a été utilisé, la caméra ultrarapide a innové en capturant la focalisation temporelle d'une seule impulsion laser femtoseconde en temps réel (Fig. 2). Ce processus a été enregistré en 25 images prises à un intervalle de 400 femtosecondes et a détaillé la forme de l'impulsion lumineuse, intensité, et l'angle d'inclinaison.

"C'est un exploit en soi, " dit Jinyang Liang, l'auteur principal de cet ouvrage, qui était ingénieur chez COIL au moment de la recherche, "mais nous voyons déjà des possibilités d'augmenter la vitesse jusqu'à un quadrillion (10 exp 15) d'images par seconde !" De telles vitesses ne manqueront pas d'offrir un aperçu des secrets encore indétectables des interactions entre la lumière et la matière.