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2024-04-08 05:02:01
さらなるスピードを追求するのはアスリートだけではありません。 研究者も、自分の発見によってそのような偉業を達成することができます。 これは次の場合に当てはまります 梁晋陽の教授 国立科学研究所 (INRS)と彼のチーム、 研究結果 最近、で出版されました ネイチャーコミュニケーションズ。
INRS のエネルジー マテリオ テレコミュニケーション研究センターに拠点を置くこのグループは、驚異的な精度で 1 秒あたり最大 156.3 兆フレームをキャプチャできる新しい超高速カメラ システムを開発しました。 シングルショットでの超高速消磁の 2D 光学イメージングが初めて可能になりました。 SCARF（掃引符号化開口リアルタイムフェムトフォトグラフィーのこと）と呼ばれるこの新しいデバイスは、半導体の過渡吸収と金属合金の超高速消磁を捕捉できます。 この新しい方法は、現代の物理学、生物学、化学、材料科学、工学を含む幅広い分野の知識の最前線を前進させるのに役立ちます。
過去の進歩をさらに改善する
Liang 教授は、超高速イメージングの先駆者として世界中で知られています。 すでに 2018 年に、彼はこの分野における大きな進歩の主任開発者であり、SCARF 開発の基礎を築きました。
これまでの超高速カメラシステムでは、フレームを1枚ずつ順次撮影するアプローチが主流でした。 彼らは、短い繰り返しの測定を通じてデータを取得し、すべてを組み合わせて、観察された動きを再構成するムービーを作成しました。
「ただし、このアプローチは不活性サンプル、または毎回全く同じように起こる現象にのみ適用できます。 この方法では、壊れやすいサンプルはもちろん、再現性のない現象や超高速の現象は観察できません。」
Jinyang Liang 教授、超高速および生体光イメージングの専門家
「たとえば、フェムト秒レーザーアブレーション、生細胞との衝撃波相互作用、光学的カオスなどの現象は、この方法では研究できません」と Jinyang Liang 氏は説明します。
Liang 教授が開発した最初のツールは、このギャップを埋めるのに役立ちました。 T-CUP (1 兆フレーム/秒圧縮超高速写真) システムは、1 秒あたり 10 兆 (1013) フレームを取得できるパッシブ フェムト秒イメージングに基づいています。 これは、超高速のシングルショット リアルタイム イメージングへの大きな第一歩でした。
しかし、課題はまだ残っていました。
圧縮された超高速写真に基づく多くのシステムは、データ品質の低下に対処し、シーケンスの視野深さをトレードする必要があります。 これらの制限は、シーンとコード化された開口を同時にシアーする必要がある動作原理に起因します。」
ミゲル・マルケス、博士研究員、研究の共同筆頭著者
SCARF はこれらの課題を克服します。 そのイメージングモダリティにより、超高速現象を剪断することなく、静的コード化アパーチャの超高速掃引が可能になります。 これにより、電荷結合素子を備えたカメラの個々のピクセルに最大 156.3 THz のフルシーケンス エンコーディング レートが提供されます (CCD）。 これらの結果は、反射モードと透過モードの両方で、調整可能なフレーム レートと空間スケールで 1 回のショットで取得できます。
幅広い用途
SCARF を使用すると、生きた細胞や物質の衝撃波力学など、超高速、再現不可能、または再現が困難なユニークな現象を観察することができます。 これらの進歩は、より優れた医薬品や医療の開発に利用できる可能性があります。
さらに、SCARF は非常に魅力的な経済スピンオフを約束しています。 Axis Photonique と Few-Cycle の 2 社は、すでに Liang 教授のチームと協力して、特許出願中の発見の市場性のあるバージョンを作成しています。 これはケベック州にとって、フォトニクス分野のリーダーとしてすでにうらやむべき立場を強化する絶好の機会となる。
この研究は、エネルジー・マテリオー・テレコミュニケーション研究センター所長のフランソワ・レガレ教授、およびジャン・ラムール大学ジャン・ラムール研究所の国際的な同僚ミシェル・ヘン氏、ステファン・マンジャン氏、グレゴリー・マリノフスキー氏らと共同で、先進レーザー光源（ALLS）研究室で実施された。ロレーヌ（フランス）の博士と華中科技大学（中国）のZhengyan Li氏。
紙について
リュー、J. マルケス、M. Lai、Y.ら。 掃引符号化開口リアルタイムフェムトフォトグラフィー。 ナットコモン 1589 年 (2024 年) 15 日。 https://doi.org/10.1038/s41467-024-45820-z
この研究は次の資金提供を受けました。 カナダ自然科学工学研究評議会、 カナダリサーチチェアプログラム、 カナダイノベーション財団、ケベック州経済イノベーション省、 カナダがん協会、カナダ政府の新フロンティア研究基金、および ケベック研究基金 – 自然とテクノロジー そしてその ケベック研究基金 – 健康。
ジャーナル
ネイチャーコミュニケーションズ
#毎秒数兆フレームを処理することで光学イメージングの限界を押し上げる