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La caméra ultrarapide capture 156 000 milliards d’images par seconde

26 mars 2024

Le dispositif mono-coup de l’INRS pourrait révéler des détails sur les interactions lumière-matière et le comportement des semi-conducteurs.

Une plateforme de caméras ultrarapides développée au Québec INRS Ce centre de recherche pourrait conduire à de nouvelles perspectives sur l’absorption dans les semi-conducteurs et à une compréhension plus approfondie de phénomènes tels que la démagnétisation des alliages métalliques.

Comme décrit dans Communications naturelles l’appareil peut capturer jusqu’à 156 000 milliards d’images par seconde, selon l’équipe du projet.

La recherche à le laboratoire INRS de Jinyang Liang s’appuie sur les études antérieures du groupe sur de nouvelles approches de la photographie ultra-rapide, y compris le développement en 2023 d’une méthode de cartographie ultra-rapide dépendante de la diffraction utilisant la diffraction optique comme mécanisme de contrôle du déclenchement d’un appareil photo.

Pour ce nouveau dispositif, l’INRS a développé la « femtophotographie en temps réel à ouverture codée par balayage (SCARF) », une modalité d’imagerie informatique permettant un balayage ultra-rapide entièrement optique d’une ouverture statique lors de l’enregistrement d’un événement ultra-rapide.

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Cela contraste avec l’approche ultrarapide plus habituelle consistant à capturer séquentiellement des images une par une, à acquérir des données au moyen de mesures brèves et répétées et à les rassembler pour reconstruire ensuite le mouvement observé.

“Cette approche ne peut être appliquée qu’à des échantillons inertes ou à des phénomènes qui se produisent exactement de la même manière à chaque fois”, a commenté Jinyang Liang. “Les échantillons fragiles, sans parler des phénomènes non reproductibles ou des phénomènes à vitesses ultrarapides tels que l’ablation laser femtoseconde, l’interaction par ondes de choc avec des cellules vivantes et le chaos optique, ne peuvent pas être étudiés de cette façon.”

SCARF vise notamment à s’attaquer au compromis entre profondeur de séquence et champ de vision imposé à la photographie ultrarapide compressée, limitations imputables au principe de fonctionnement du cisaillement simultané de la scène et de l’ouverture codée, selon le projet.

Faible coût et qualité de mesure élevée par rapport aux caméras à séquence

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En fonctionnement, SCARF utilise une seule impulsion laser à fréquence linéaire comme sonde d’éclairage continu, de sorte que chaque longueur d’onde dans la bande passante de l’impulsion porte un horodatage spécifique. Deux étapes de traitement dispersif du signal renvoyé et d’analyse algorithmique recréent ensuite la scène dynamique observée.

Cette approche « permet un balayage ultrarapide d’une ouverture codée statique sans cisailler le phénomène ultrarapide », commente l’INRS. “Les résultats peuvent être obtenus en une seule prise à des fréquences d’images et à des échelles spatiales réglables en mode réflexion et transmission.”

Lors d’essais utilisant un dispositif SCARF construit à partir de composants disponibles dans le commerce, la caméra a atteint des taux de codage allant jusqu’à 156,3 THz par pixel individuel sur une caméra CCD. Elle présente les avantages d’un faible coût et d’une qualité de mesure élevée par rapport aux techniques de photographie ultrarapide compressées basées sur une caméra à séquences, a noté l’équipe de l’INRS.

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Deux sociétés spin-out spécialisées dans la science du laser ultrarapide, Axis Photonique et Quelques cyclestravaillent désormais avec l’équipe INRS de Jinyang Liang pour produire une version commercialisable du dispositif SCARF et faire évoluer la technologie vers la commercialisation.

“SCARF permet d’observer des phénomènes uniques, ultrarapides, non répétables ou difficiles à reproduire, comme la mécanique des ondes de choc dans les cellules vivantes ou dans la matière”, précise l’INRS. “Ces progrès pourraient potentiellement être utilisés pour développer de meilleurs traitements pharmaceutiques et médicaux.”

2024-03-26 23:11:27
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