Il y a un peu plus d'un an, Lihong Wang de Caltech a développé l'appareil photo le plus rapide du monde, un appareil capable de prendre 10 000 milliards de photos par seconde. Il est si rapide qu'il peut même capturer la lumière voyageant au ralenti.

Mais parfois, être rapide ne suffit pas. En effet, Même l'appareil photo le plus rapide ne peut pas prendre des photos de choses qu'il ne peut pas voir. À cette fin, Wang, Professeur Bren de génie médical et de génie électrique, a développé un nouvel appareil photo qui peut prendre jusqu'à 1 000 milliards de photos par seconde d'objets transparents. Un article sur la caméra paraît dans le numéro du 17 janvier du journal Avancées scientifiques .

La technologie de la caméra, que Wang appelle la photographie ultrarapide compressée sensible à la phase (pCUP), peut filmer non seulement des objets transparents, mais aussi des choses plus éphémères comme des ondes de choc et peut-être même des signaux qui voyagent à travers les neurones.

Wang explique que son nouveau système d'imagerie combine le système de photographie à grande vitesse qu'il a précédemment développé avec une ancienne technologie, microscopie à contraste de phase, qui a été conçu pour permettre une meilleure imagerie des objets qui sont pour la plupart transparents tels que les cellules, qui sont principalement de l'eau.

Microscopie à contraste de phase, inventé il y a près de 100 ans par le physicien néerlandais Frits Zernike, fonctionne en tirant parti de la façon dont les ondes lumineuses ralentissent et accélèrent lorsqu'elles pénètrent dans différents matériaux. Par exemple, si un faisceau lumineux traverse un morceau de verre, il ralentira en entrant dans le verre, puis accélérera à nouveau en sortant. Ces changements de vitesse modifient le timing des vagues. Avec l'utilisation de quelques astuces optiques, il est possible de distinguer la lumière qui a traversé le verre de la lumière qui n'a pas traversé, et le verre, bien que transparent, devient beaucoup plus facile à voir.

"Ce que nous avons fait, c'est adapter la microscopie à contraste de phase standard afin qu'elle fournisse une imagerie très rapide, qui permet d'imager des phénomènes ultrarapides dans des matériaux transparents, " dit Wang.

La partie d'imagerie rapide du système consiste en quelque chose que Wang appelle la technologie ultrarapide compressée de codage sans perte (LLE-CUP). Contrairement à la plupart des autres technologies d'imagerie vidéo ultrarapides qui prennent une série d'images successives tout en répétant les événements, le système LLE-CUP prend un seul coup, capturer tous les mouvements qui se produisent pendant le temps que prend la prise de vue. Comme il est beaucoup plus rapide de prendre une seule photo que plusieurs photos, LLE-CUP est capable de capturer le mouvement, comme le mouvement de la lumière elle-même, c'est beaucoup trop rapide pour être imagé par une technologie de caméra plus typique.

Dans le nouveau journal, Wang et ses collègues chercheurs démontrent les capacités de pCUP en imaginant la propagation d'une onde de choc dans l'eau et d'une impulsion laser traversant un morceau de matériau cristallin.

Wang dit que la technologie, bien qu'encore au début de son développement, peut finalement avoir des utilisations dans de nombreux domaines, y compris la physique, la biologie, ou la chimie.

"Alors que les signaux voyagent à travers les neurones, il y a une dilatation infime des fibres nerveuses que nous espérons voir. Si nous avons un réseau de neurones, peut-être pouvons-nous voir leur communication en temps réel, " dit Wang. De plus, il dit, parce que la température est connue pour changer le contraste de phase, le système "peut être capable d'imager comment un front de flamme se propage dans une chambre de combustion".

L'article décrivant pCUP est intitulé « Imagerie sensible à la phase à résolution picoseconde d'objets transparents en une seule prise de vue ».