22
ЧТО НОВОГО В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
P
R
E
V
EW::
СКОРОСТНОЕ ФОТО В РАДУЖНОМ СВЕТЕ
, |
КАК ПРОСЛЕДИТЬ ЗА ИСПАРЕНИЕМ ВЕЩЕСТВА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ?
А ЗА ПЕРЕНОСОМ ЧАСТИЦ СУСПЕНЗИИ В ТОНЧАЙШЕМ КАПИЛЛЯРЕ? ИЛИ ЗА ХИМИЧЕСКОЙ ДИНАМИКОЙ
ВНУТРИ ЖИВОЙ КЛЕТКИ? ДЛЯ ЭТОГО НУЖНО ДЕЛАТЬ МИЛЛИОНЫ КАДРОВ В СЕКУНДУ.
ДО ПОСЛЕДНЕГО ВРЕМЕНИ В РАСПОРЯЖЕНИИ УЧЕНЫХ НЕ БЫЛО ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ СВЕРХСКОРОСТНОЙ
НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ МИКРОСЪЕМКИ БЫСТРОТЕКУЩИХ ПРОЦЕССОВ.
_ -
С
корострельность» обычных
ПЗС-матриц — несколько тысяч кадров
в секунду, ее ограничивает время счи-
тывания данных. Специализированная
камера HPV-2 компании Shimadzu дела-
ет до миллиона снимков в секунду с разрешением 312 x 260
точек, но требует при этом мощного освещения, иначе за
время короткой экспозиции ПЗС-матрицы соберет мало
фотонов, и картинка утонет в тепловых шумах. Но при
макросъемке такое освещение недопустимо, оно попросту
разрушит крошечный образец.
Выход нашла небольшая группа оптиков из Университета
Калифорнии в Лос-Анджелесе под руководством профессора
Бахрама Джалали (Bahram Jalali). В установке STEAM (Serial
Time-Encoded Amplified Microscopy) вместо ПЗС использует-
ся единственный быстродействующий фотодиод, который
воспринимает картинку построчно, подобно телевизору,
принимающему эфирный сигнал. А вот сам сигнал форми-
руется и усиливается исключительно аналоговыми оптиче-
скими методами.
Все начинается с инфракрасного лазера, который
дает короткие, меньше полумиллиардной доли секунды
(0,44 нс) импульсы излучения с длиной волны 1590 нм.
Проходя по специальному оптоволокну с неоднородным
коэффициентом преломления, импульсы размываются по
частоте и порождают непрерывный спектр в интервале
1570-1610 нм. Это довольно узкий диапазон — примерно
как между желтым и оранжевыми цветами привычного нам
видимого света, но его хватает для работы установки.
Затем импульс поступает в так называемый 2Б-диспер-
сер. Отражающее интерференционное покрытие делит
спектр исходного импульса на десятки крошечных кусочков
шириной меньше нанометра и каждый из них разлагает
в спектральную полоску. Сначала полоски пространственно
накладываются друг на друга, но, попав на дифракционную
решетку, разделяются и образуют многострочную развертку
спектра исходного светового импульса. Калифорнийские
ученые направляют этот «спектральный душ» прямо на
фотографируемый объект. Получается, что каждая его
точка подсвечена своим «цветом»: верхний левый угол
самой короткой волной, нижний правый — самой длинной.
Отразившись от объекта съемки, свет идет обратно через
^
тот же 2Б-дисперсер и вновь сводится в единый многоцвет-
а
ный пучок. Но теперь его спектр уже неоднороден, в нем
закодирована яркость разных участков снимаемого объек-
та. Остается только считать эту информацию, для чего спек-
тральное кодирование надо преобразовать во временное.
Для этого импульс направляют в оптоволокно, где ско-
рость света сильно зависит от длины волны: если одна
волна короче другой на 1 нм, то к концу пути она отстает
на 3,3 нс. Параллельно с этими гонками идет усиление сиг-
нала. В оптоволокно запускаются более коротковолновые
предыдущая страница 23 Что нового в науке и технике 2009 9 читать онлайн следующая страница 25 Что нового в науке и технике 2009 9 читать онлайн Домой Выключить/включить текст