Viser une vitesse plus élevée n’est pas réservé aux athlètes. Les chercheurs peuvent eux aussi réaliser de tels exploits grâce à leurs découvertes. C'est le cas de Jinyang Liang, professeur à l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), et de son équipe, dont les résultats de recherche ont récemment été publiés dans Nature Communications. .
Le groupe basé au Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications de l'INRS a développé un nouveau système de caméra ultrarapide capable de capturer jusqu'à 156,3 billions d'images par seconde avec une précision étonnante. Pour la première fois, l'imagerie optique 2D d'une démagnétisation ultrarapide en une seule prise est possible.
Ce nouveau dispositif appelé SCARF (pour femtophotographie en temps réel à ouverture codée par balayage) permet de capturer l'absorption transitoire dans un semi-conducteur et la démagnétisation ultrarapide d'un alliage métallique. Cette nouvelle méthode contribuera à repousser les frontières de la connaissance dans un large éventail de domaines, notamment la physique moderne, la biologie, la chimie, la science des matériaux et l'ingénierie.
Le professeur Liang est connu dans le monde entier comme un pionnier de l’imagerie ultrarapide. En 2018, il a été le principal développeur d'une avancée majeure dans le domaine, qui a jeté les bases du développement de SCARF.
Jusqu’à présent, les systèmes de caméras ultrarapides utilisaient principalement une approche consistant à capturer séquentiellement les images une par une. Ils acquéraient des données grâce à des mesures brèves et répétées, puis rassemblaient le tout pour créer un film reconstituant le mouvement observé.
"Cependant, cette approche ne peut être appliquée qu'à des échantillons inertes ou à des phénomènes qui se produisent exactement de la même manière à chaque fois. Les échantillons fragiles, sans parler des phénomènes non reproductibles ou des phénomènes à vitesses ultrarapides, ne peuvent pas être observés avec cette méthode."
"Par exemple, des phénomènes tels que l'ablation laser femtoseconde, l'interaction par ondes de choc avec des cellules vivantes et le chaos optique ne peuvent pas être étudiés de cette façon", explique Liang.
Le premier outil développé par le professeur Liang a permis de combler cette lacune. Le système T-CUP (Trillion-frame-per-second compressed ultrafast photograph) était basé sur une imagerie femtoseconde passive capable d'acquérir dix mille milliards (10 13 ) images par seconde. Il s'agissait d'une première étape majeure vers une imagerie en temps réel ultrarapide et en une seule prise.
Pourtant, des défis subsistaient.
"De nombreux systèmes basés sur la photographie ultrarapide compressée doivent faire face à une qualité de données dégradée et doivent modifier la profondeur de séquence du champ de vision. Ces limitations sont imputables au principe de fonctionnement, qui nécessite simultanément le cisaillement de la scène et l'ouverture codée", a déclaré Liang. continue.
SCARF surmonte ces défis. Sa modalité d’imagerie permet un balayage ultrarapide d’une ouverture codée statique sans cisailler le phénomène ultrarapide. Cela fournit des taux de codage de séquence complète allant jusqu'à 156,3 THz pour des pixels individuels sur une caméra dotée d'un dispositif à couplage de charge (CCD). Ces résultats peuvent être obtenus en une seule prise à des fréquences d'images et à des échelles spatiales réglables en modes de réflexion et de transmission.
SCARF permet d'observer des phénomènes uniques, ultrarapides, non répétables ou difficiles à reproduire, comme la mécanique des ondes de choc dans les cellules vivantes ou dans la matière. Ces progrès pourraient potentiellement être utilisés pour développer de meilleurs produits pharmaceutiques et traitements médicaux.
De plus, SCARF promet des retombées économiques très attractives. Deux sociétés, Axis Photonique et Few-Cycle, travaillent déjà avec l'équipe du professeur Liang pour produire une version commercialisable de leur découverte en instance de brevet. Il s'agit d'une belle opportunité pour le Québec de renforcer sa position déjà enviable de leader en photonique.
Les travaux ont été réalisés au Laboratoire Advanced Laser Light Source (ALLS) en collaboration avec le professeur François Légaré, directeur du Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications, et les collègues internationaux Michel Hehn, Stéphane Mangin et Grégory Malinowski de l'Institut Jean Lamour de l'Université de Lorraine (France) et Zhengyan Li de l'Université des Sciences et Technologies de Huazhong (Chine).
Plus d'informations : Jingdan Liu et al, Femtophotographie en temps réel à ouverture codée par balayage, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-45820-z
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'INRS
