Als je heldere beelden wilt vastleggen van razendsnelle bewegingen, zoals moleculaire interacties of waterdruppels, heb je over het algemeen een superdure apparatuur nodig. Onderzoekers hebben een systeem ontwikkeld dat is gebouwd met behulp van projectortechnologie en dat de kosten aanzienlijk zou kunnen verlagen.

Een onderzoeksteam bestaande uit leden van het Canadese National Institute of Scientific Research (INRS), Concordia University en MetaPlatforms heeft een nieuwe camera ontwikkeld die gebeurtenissen kan vastleggen in één enkele belichting met 4,8 miljoen frames per seconde, met een temporele resolutie van 0,37 microseconden en een sequentiediepte van 7 frames.

Wat de prestaties betreft, is dit niet vergelijkbaar met wat Caltech een paar jaar geleden heeft bereikt, maar de DRUM-technologie is gebouwd met behulp van kant-en-klare componenten en kost een fractie van commerciële systemen.

"Onze camera hanteert een geheel nieuwe benadering van snelle beeldvorming", zegt Jinyang Liang van INRS. "De beeldsnelheid en ruimtelijke resolutie zijn vergelijkbaar met die van commerciële hogesnelheidscamera's, maar als je kant-en-klare componenten gebruikt, kost het misschien minder dan een tiende van de huidige ultrasnelle camera's, die beginnen bij bijna $ 100.000."

De ontwikkeling concentreert zich op een nieuwe tijdsafhankelijke methode, genaamd tijdsvariërende optische diffractie. Bij een gewone camera regelt een sluitervormig hek de hoeveelheid licht die op de sensor valt. Bij time-gating gaat het om het snel meerdere keren openen en sluiten van een deur om korte, snelle videobeelden vast te leggen.

Het team stelde een methode voor voor temporele poorten met behulp van lichtdiffractie, waarbij "de kantelhoek van de periodieke facetten op het diffractierooster snel wordt veranderd" om meerdere kopieën te produceren van het binnenkomende licht dat in verschillende richtingen beweegt. Hierdoor worden frames op verschillende tijdstippen effectief gepoort om zeer korte, ultrasnelle time-lapse-films te produceren.

"Gelukkig kan dit type scandiffractiedeur op een onconventionele manier worden bereikt door gebruik te maken van digitale microspiegelapparaten (DMD's), een veelgebruikt optisch element dat wordt aangetroffen in projectoren, " zei Liang. "De DMD wordt in massa geproduceerd en vereist geen mechanische beweging om de afgeleide deuren te produceren, waardoor het systeem kosteneffectief en stabiel is."

De Derivative Real-time Ultra-High Speed ​​Mapping (DRUM) camera kan zeven frames per film vastleggen. Het multidisciplinaire team van het project testte het apparaat door de interactie van de laser met gedestilleerd water vast te leggen, "waardoor de evolutie van plasmakanalen en de ontwikkeling van bellen als reactie op de gepulseerde laser werd getoond."

De DRUM-camera legde ook de bubbeldynamiek van koolzuurhoudende dranken vast en de interactie tussen uiencelmonsters en ultrakorte laserpulsen. Er wordt gewerkt aan het verder verfijnen van de technologie, maar de onderzoekers zien potentiële toepassingen in de biogeneeskunde en lidarsystemen voor autonoom transport.

Een artikel over het project is gepubliceerd in het tijdschrift Optica.