Kanadische Wissenschaftler entwickeln die schnellste Kamera der Welt – 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde
Ingenieure des INRS Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre in Kanada haben die schnellste Kamera der Welt entwickelt, die 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde aufnehmen kann. Die besten Zeitlupenkameras auf Handys arbeiten in der Regel mit mehreren hundert Bildern pro Sekunde. Professionelle Filmkameras können mehrere Tausend verwenden, um einen glatteren Effekt zu erzielen. Wenn man aber sehen will, was auf der Nanoskala passiert, muss man den Prozess auf Milliarden oder sogar Billionen von Bildern pro Sekunde verlangsamen.
Die neue Kamera soll in der Lage sein, Ereignisse zu erfassen, die im Bereich von Femtosekunden – Billiardstel Sekunden – auftreten. Zum Vergleich: In einer Sekunde gibt es etwa so viele von ihnen, wie es Sekunden in 32 Millionen Jahren gibt.
Die Forscher stützten sich auf eine von ihnen 2014 entwickelte Technologie, die sogenannte komprimierte ultraschnelle Fotografie (CUP), mit der 100 Milliarden Bilder pro Sekunde aufgenommen werden konnten, was heute verschwindend gering erscheint. Die nächste Stufe heißt T-CUP, wobei der Buchstabe T für “Trillion Frames per Second” steht, die tatsächlich 10 Billionen Bilder pro Sekunde erreichen kann. Und im Jahr 2020 erhöhte das Team diese Zahl auf 70 Billionen Bilder pro Sekunde mit einer Version, die als komprimierte ultraschnelle Spektralfotografie (CUSP) bezeichnet wird.
Jetzt haben die Forscher diese Zahl noch einmal verdoppelt, auf unglaubliche 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde. Das neue Kamerasystem nennt sich “real-time coded aperture femtophotography” (SCARF), mit dem Ereignisse erfasst werden können, die selbst für frühere Versionen der Technologie zu schnell sind. Dazu gehören Dinge wie Stoßwellen, die sich durch Materie oder lebende Zellen bewegen.
SCARF sendet zunächst einen “zirpenden” ultrakurzen Laserlichtimpuls aus, der das angezeigte Ereignis oder Objekt durchdringt. Wenn man sich das Licht als Regenbogen vorstellt, wird die rote Wellenlänge das Ereignis zuerst einfangen, gefolgt von Orange, Gelb und weiter unten im Spektrum bis hin zu Violett. Da das Ereignis so schnell abläuft, sieht es zu dem Zeitpunkt, an dem die nächste “Farbe” eintrifft, bereits anders aus, so dass der Impuls alle Veränderungen innerhalb einer unglaublich kurzen Zeitspanne erfassen kann.
Dieser Lichtimpuls durchläuft dann eine Reihe von Komponenten, die ihn fokussieren, reflektieren, beugen und kodieren, bis er schließlich den Kamerasensor des ladungsgekoppelten Geräts (CCD) erreicht. Diese werden dann in Daten umgewandelt, die ein Computer zu einem endgültigen Bild rekonstruieren kann.
Es ist zwar unwahrscheinlich, dass wir Normalsterblichen uns Hochgeschwindigkeitsvideos von Ballonplatzungen ansehen werden, die von SCARF-Systemen aufgenommen wurden, aber die Forscher sagen, dass die Erfassung neuer ultraschneller Phänomene zur Verbesserung von Bereichen wie Physik, Biologie, Chemie, Materialwissenschaft und Technik beitragen könnte.
