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捕捉超快現象的高性能條紋相機

2020-11-24 11:32  來源: 新華網

自然界中,許多現象的發生過程十分短暫,如植物的光合作用、超大規模集成電路産生的電脈衝、激光器産生的超短激光脈衝等,發生時間多在皮秒、飛秒甚至阿秒量級范圍內。科學家把這種持續時間小于1微秒即百萬分之一秒的現象稱為超快現象。

要想捕捉這些現象,人眼和普通相機是無法實現的,人類眼睛的分辨能力是1/24秒,任何變化快于1/24秒的過程,我們用眼睛都是看不清楚的。體育比賽中常用的高倍速攝影機,每秒拍攝的畫面大約是幾百幅;市面上性能最好的單反相機,快門速度的極限為1/2000秒,但這些都不足以讓我們捕捉廣泛存在于自然或科學技術研究中極其短暫的瞬態事件。但高性能條紋相機可以解決這一問題。

條紋相機是一種超高速探測器,能捕獲極短時間內發生的光發射現象。條紋相機是同時具備超高時間分辨(皮秒至飛秒)與高空間分辨(微米)的高端科學儀器,是實現微觀和超快過程探測的必要手段。通俗地講,條紋相機是將時間分辨率轉換成了空間分辨率。比如有一隊人依次進入一個房間,如果你想弄清楚他們進入房間的順序,可以讓先進來的人站在屋子的一頭,後面進來的人依次排在他旁邊站隊。最後根據空間上他們的站位,分辨先來後到。

條紋相機的應用領域很廣,可應用于正負電子對撞機等大型裝置和航天領域。在同步輻射裝置以及正負電子對撞機等大型裝置中,條紋相機可以診斷粒子束團和光束長度等關鍵性指標,為重大裝置的改進和性能提高提供參考依據;在航天領域也有廣泛的應用空間,是可以在探測器和目標同時瞬變情況下進行實時成像的係統。

條紋相機的研制涉及光學、光電子、超快電子學、微電子學、精密機械和計算機等多學科,相信在不久的將來,通過科學技術的研究可以克服條紋相機研制起點高、難度大的難關。

本文由中國科學院物理研究所副研究員羅會仟進行科學性把關。

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作者: 和卓琳   [責任編輯: 郭童]

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