L'équipe du professeur Jinyang Liang, spécialiste de l'imagerie ultrarapide à l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), en collaboration avec une équipe internationale de chercheurs, a développé la caméra la plus rapide au monde capable d'enregistrer des photons dans la gamme ultraviolette (UV) en temps réel. Cette recherche originale est présentée sur la couverture du 10e numéro de la revue Avis sur les lasers et la photonique .

La photographie ultrarapide compressée (CUP) capture l'ensemble du processus en temps réel et avec une résolution inégalée en un seul clic. Les informations spatiales et temporelles sont d'abord compressées en une image puis, à l'aide d'un algorithme de reconstruction, il est converti en vidéo.

Développement d'un instrument compact pour les UV

Jusqu'à maintenant, cette technique était limitée aux longueurs d'onde visibles et proche infrarouge, et donc à une catégorie spécifique d'événements physiques. « De nombreux phénomènes qui se produisent à des échelles de temps très courtes se déroulent également à une échelle spatiale très réduite. Pour les voir, vous devez détecter des longueurs d'onde plus courtes. Faire cela dans les gammes UV ou même rayons X est un pas remarquable vers cet objectif, " dit Jinyang Liang, qui a dirigé l'étude.

Pour enregistrer dans cette nouvelle gamme de longueurs d'onde et développer la technique en un produit convivial, des chercheurs ont conçu un système UV-CUP compact avec Christian Yves Côté d'Axis Photonique Inc. dans le cadre d'une collaboration université-industrie. Le nouveau système comprend une photocathode à motifs, qui est utilisé pour détecter et coder simultanément la lumière noire. "Comme une caméra standard, notre technologie est passive. Il ne produit pas de lumière; il le reçoit. Par conséquent, notre photocathode devait être sensible aux photons émis sous forme de lumière UV. Cette conception fait de notre technique un système autonome qui peut être facilement intégré dans diverses plateformes expérimentales, " dit Jinyang Liang, qui a contribué au développement de la CUP depuis son postdoctorat.

Liang a travaillé avec François Légaré, également professeur INRS, pour générer et prendre des images d'impulsions UV au laboratoire Advanced Laser Light Source (ALLS).

Diviser le problème de la reconstruction

"Prendre la photo n'est que la première moitié du travail, " dit Jinyang Liang. " Il faut aussi le reconstruire. " Pour ce faire, les chercheurs ont développé un nouvel algorithme, plus efficace que les algorithmes standards, via leur collaboration avec l'Université de Boston. Sa force vient d'une division des tâches. "Plutôt que de résoudre le problème de la reconstruction en bloc, l'algorithme divise la reconstruction en problèmes plus petits qu'il aborde individuellement, " explique le professeur Liang.

Avec les innovations matérielles et logicielles, UV-CUP a une vitesse d'imagerie de 0,5 billion d'images par seconde. Il produit des vidéos avec 1500 images en grand format. En tant qu'imageur à la vitesse de la lumière, UV-CUP voit voler les photons UV en temps réel. "Cela me fascine toujours quand vous pouvez regarder l'objet le plus rapide de l'univers avec autant de détails, " dit Yingming Lai, étudiant en Master à l'INRS et premier auteur de l'article.

Le dispositif développé dans le cadre de cette collaboration internationale sera envoyé au laboratoire de recherche SOLEIL Synchrotron en France pour visualiser les phénomènes physiques. Il pourrait capturer la génération de plasma laser, un phénomène indispensable pour déduire certaines propriétés des matériaux, et fluorescence UV, ce qui est important en imagerie médicale pour identifier des biomarqueurs liés aux maladies.