La cámara ultravioleta más rápida del mundo

El equipo del Profesor Jinyang Liang, especialista en imágenes ultrarrápidas del Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), en colaboración con un equipo internacional de investigadores, ha desarrollado la cámara más rápida del mundo capaz de registrar fotones en el rango ultravioleta (UV) en tiempo real. Esta original investigación apareció en la revista Laser & Photonics Reviews.

La fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) captura todo el proceso en tiempo real y con una resolución incomparable con un solo clic. La información espacial y temporal es primero comprimida en una imagen y luego, usando un algoritmo de reconstrucción, es convertida en un video.

Hasta ahora, esta técnica se limitaba a las longitudes de onda visibles y del infrarrojo cercano y, por lo tanto, a una categoría específica de eventos físicos. «Muchos fenómenos que ocurren en escalas de tiempo muy cortas también tienen lugar en una escala espacial muy pequeña. Para verlos, es necesario sentir las longitudes de onda más cortas. Hacer esto en los rangos de UV o incluso de rayos X es un paso notable hacia este objetivo», dice Jinyang Liang, que dirigió el estudio.

Para grabar en esta nueva gama de longitudes de onda y desarrollar la técnica en un producto fácil de usar, los investigadores diseñaron un sistema compacto UV-CUP con Christian-Yves Côté de Axis Photonique Inc. a través de una colaboración académica-industrial. El nuevo sistema cuenta con un fotocátodo con patrón, que se utiliza para detectar y codificar simultáneamente la «luz negra«. «Como una cámara estándar, nuestra tecnología es pasiva. No produce luz, la recibe. Por lo tanto, nuestro fotocátodo tenía que ser sensible a los fotones emitidos como luz UV. Este diseño hace de nuestra técnica un sistema autónomo que puede ser fácilmente integrado en varias plataformas experimentales», dice Jinyang Liang, que ha estado contribuyendo al desarrollo de CUP desde su postdoctorado.

Liang trabajó con François Légaré, también profesor del INRS, para generar y tomar imágenes de pulsos UV en el laboratorio de la Fuente de Luz Láser Avanzada (ALLS). «El excelente entorno de investigación del Centro de Investigación de Telecomunicaciones de la Énergie Matériaux del INRS es muy útil. Es mucho más eficiente cuando todas las capacidades necesarias de diseño, fabricación y caracterización están disponibles en el mismo edificio».

«Tomar la foto es solo la primera mitad del trabajo», dice Jinyang Liang. «También tiene que ser reconstruida». Para ello, los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo, más eficiente que los algoritmos estándar, a través de su colaboración con la Universidad de Boston. Su fuerza proviene de una división de tareas. «En lugar de resolver el problema de la reconstrucción como un todo, el algoritmo divide la reconstrucción en problemas más pequeños que aborda individualmente», explica el profesor Liang.

Con las innovaciones tanto en hardware como en software, UV-CUP tiene una velocidad de imagen de 0,5 billones de fotogramas por segundo. Produce vídeos con 1.500 fotogramas en formato grande. Como un generador de imágenes a la velocidad de la luz, UV-CUP ve fotones UV viajando en tiempo real. «Siempre me fascina cuando puedes ver el objeto más rápido del universo con tanto detalle», dice Yingming Lai, estudiante de maestría en el INRS y primer autor del artículo.

El dispositivo desarrollado a través de esta colaboración internacional será enviado al laboratorio de investigación SOLEIL Synchrotron en Francia para visualizar fenómenos físicos. Podría captar la generación de plasma láser, un fenómeno esencial para deducir ciertas propiedades de los materiales, y la fluorescencia UV, que es importante en las imágenes médicas para identificar los biomarcadores vinculados a las enfermedades. (Fuente: NCYT Amazings)