Lorsque vous activez un pointeur laser, la totalité de son faisceau semble apparaître instantanément mais en réalité, les photons jaillissent comme de l’eau d’un tuyau d’arrosage, bien qu’à une vitesse trop élevée pour être visualisés à l’oeil nu. Jinyang Liang, professeur à l’INRS et spécialiste en imagerie ultrarapide a, avec ses collègues et sous la direction du Caltech, mis au point la caméra la plus rapide au monde, capable de capturer 10’000 milliards d’images par seconde.

Cette nouvelle technologie permet littéralement de « geler le temps » pour observer différents phénomènes ultrarapides (y compris le déplacement de la lumière) comme s’ils devenaient soudainement extrêmement lents.

Des chercheurs du Caltech (Californie) et de l’INRS (Québec) dirigés par Lihong Want, ont mis au point la caméra la plus rapide au monde. Elle permet de capturer 10’000 milliards d’images par seconde, une fréquence suffisamment élevée pour visualiser le déplacement des photons dans l’espace.

La caméra aux caractéristiques hors du commun, présentée par les chercheurs dans un article publié lundi dans la revue Light : Science & Applications, s’appuie sur une technologie appelée photographie ultra-rapide comprimée (CUP).

photographie ultrarapide inrs caltech

Le système de capture photographique ultrarapide à 10’000 milliards d’images par seconde. Crédits : INRS

La technologie CUP standard permet de capturer environ 100 milliards d’images par seconde, mais en enregistrant simultanément une image statique et en effectuant des calculs complémentaires complexes, les chercheurs ont été capables de « pousser » la fréquence de capture perçue à 10’000 milliards d’images par seconde.

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La nouvelle technique a été nommée T-CUP, pour Trillion-frame-per-second Compressed Ultrafast Photography (photographie ultra-rapide comprimée à 10’000 milliards d’images par seconde). Elle permet d’imager des événements transitoires non répétables à une cadence de prise de vue allant jusqu’à 10 Tfps (10’000 milliards de fps).

Le fonctionnement de T-CUP comprend l’acquisition de données et la reconstruction d’images (voir Fig. 1). Pour l’acquisition de données, la distribution d’intensité d’une scène 3D spatio-temporelle, I[m,n,k], est d’abord imagée avec un séparateur de faisceau pour former deux images.

principe fonctionnement t-cup inrs 2018

Fig.1. Principe de fonctionnement du système T-CUP. Les chemins des faisceaux pour les vues non cisaillées et cisaillées (dans le temps) sont illustrés respectivement en magenta et en vert. Crédits : INRS/Caltech

La première image est directement enregistrée par un capteur d’imagerie 2D, via une intégration spatio-temporelle (définie comme une intégration spatiale sur chaque pixel et une intégration temporelle sur toute la durée d’exposition). Ce processus, qui forme une vue non cisaillée dans le temps avec une distribution d’énergie optique de Eu[m,n], peut être exprimé par :

?u[m,n] = ?∑(ℎu∗?) [m,n,k]  (1)

Où η est une constante, ℎu représente le filtrage spatial passe-bas imposé par l’optique dans la vue non cisaillée dans le temps, et * désigne l’opération de convolution spatiale 2D discrète. L’équation (1) peut être considérée comme une transformation de radon à un seul angle, opérée sur I [m, n, k].

La caméra a donc plus que doublé le record de vitesse établi en 2015 par une caméra possédant une fréquence de capture de 4400 milliards d’images par seconde. Ses inventeurs espèrent que la technologie sera utile dans la recherche biomédicale et sur les matériaux.

« C’est un véritable exploit en soi » a déclaré l’auteur principal Jinyang Liang dans un communiqué de presse. « Mais nous voyons déjà des possibilités d’augmenter la vitesse jusqu’à 100’000 milliards d’images par seconde ! » conclut-il.

Source : Light: Science & Applications

2 Réponses

  1. Khilas

    J’espère qu’ils vont mettre en ligne une vidéo où l’on pourra admirer ces-dits photons =D

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