Les appareils photo ultra-rapides peuvent prendre des photos en succession rapide. Cela les rend utiles pour visualiser des phénomènes dynamiques ultrarapides, telles que l'ablation laser femtoseconde pour des procédés d'usinage et de fabrication précis, allumage rapide pour les systèmes d'énergie de fusion nucléaire, interactions d'ondes de choc dans les cellules vivantes, et certaines réactions chimiques.

Parmi les différents paramètres en photographie, l'imagerie séquentielle de processus dynamiques ultrarapides microscopiques nécessite des fréquences d'images élevées et des résolutions spatiales et temporelles élevées. Dans les systèmes d'imagerie actuels, ces caractéristiques sont en compromis les unes avec les autres.

Cependant, scientifiques de l'Université de Shenzhen, Chine, ont récemment développé un système d'imagerie ultrarapide tout optique à hautes résolutions spatiales et temporelles, ainsi qu'une fréquence d'images élevée. Parce que la méthode est tout optique, il est libéré des goulots d'étranglement résultant de la numérisation avec des composants mécaniques et électroniques.

Leur conception se concentre sur les amplificateurs paramétriques optiques non colinéaires (OPA). Un OPA est un cristal qui, lorsqu'il est simultanément irradié avec un faisceau lumineux de signalisation souhaité et un faisceau lumineux de pompage à fréquence plus élevée, amplifie le faisceau de signal et produit un autre faisceau lumineux appelé ralentisseur. Parce que le cristal utilisé dans cette étude n'est pas colinéaire, le fou est tiré dans une direction différente de celle du faisceau de signal. Mais en quoi un tel appareil est-il utile dans un système d'imagerie à grande vitesse ?

La réponse réside dans les OPA en cascade. Les informations de la cible, contenu dans le faisceau de signal, est mappé sur le faisceau de renvoi par l'OPA pendant que le faisceau de pompage est actif. Parce que le tendeur se déplace dans une direction différente, il peut être capturé à l'aide d'une caméra conventionnelle à dispositif à couplage de charge (CCD) « mis sur le côté » pendant que le faisceau de signal se déplace vers l'étage suivant de la cascade OPA.

Tout comme l'eau descendrait dans une cascade, le faisceau de signal atteint l'OPA suivante, et le faisceau pompe généré à partir de la même source laser l'active; sauf maintenant, une ligne à retard fait arriver le faisceau pompe plus tard, provoquant la caméra CCD à côté de l'OPA dans la deuxième étape pour prendre une photo plus tard. Grâce à une cascade de quatre OPA avec quatre caméras CCD associées et quatre lignes à retard différentes pour le laser de pompe, les scientifiques ont créé un système qui peut prendre quatre photos en succession extrêmement rapide.

La vitesse de capture d'images consécutives est limitée par la faible différence entre deux lignes à retard laser. À cet égard, ce système a atteint une fréquence d'images effective de 15 000 milliards d'images par seconde, une vitesse d'obturation record pour les caméras à haute résolution spatiale. Inversement, la résolution temporelle dépend de la durée des impulsions laser déclenchant les OPA et générant les signaux de ralenti. Dans ce cas, la largeur d'impulsion était de 50 fs (cinquante millionièmes de nanoseconde). Couplé à la fréquence d'images incroyablement rapide, cette méthode est capable d'observer des phénomènes physiques ultrarapides, tels qu'un réseau de plasma à air et un champ optique tournant tournant à 10 000 milliards de radians par seconde.

Selon Anatoly Zayats, Co-rédacteur en chef de Photonique avancée , « L'équipe de l'Université de Shenzhen a démontré une imagerie photographique ultrarapide avec la vitesse d'obturation la plus rapide record. Cette recherche ouvre de nouvelles opportunités pour l'étude des processus ultrarapides dans divers domaines.

Cette méthode d'imagerie est perfectible mais pourrait facilement devenir une nouvelle technique de microscopie. Les recherches futures permettront de libérer le potentiel de cette approche pour nous donner une image plus claire des phénomènes transitoires ultrarapides.