بقلم: أودري مود فيزينا، المعهد الوطني للبحوث العلمية – INRS

يتحدث المقال عن كيف قام الباحثون باختراع اسرع كاميرا اشعة فوق بنفسجية في العالم وآلية عملها.

قام فريق البروفيسور جينيانغ ليانغ ، المتخصص في التصوير فائق السرعة في المعهد الوطني للبحث العلمي (INRS) ، بالتعاون مع فريق دولي من الباحثين ، بتطوير أسرع كاميرا في العالم قادرة على تسجيل الفوتونات في الأشعة فوق البنفسجية (UV) في الوقت الفعلي. ظهر هذا البحث الأصلي على الغلاف الأمامي للعدد العاشر من مجلة Laser & Photonics Reviews.

يلتقط التصوير الفوتوغرافي المضغوط السريع (CUP) العملية كاملة في الوقت الفعلي وبدقة لا مثيل لها بنقرة واحدة فقط لإعطاء نتائج فريدة في الوقت ذاته. ويتم ضغط معلومات المكان والزمان في الصورة أولاً ثم باستخدام خوارزمية إعادة البناء يتم تحويلها إلى فيديو.

تطوير جهاز مدمج للأشعة فوق البنفسجية:

حتى الآن، اقتصرت هذه التقنية على الأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، وبالتالي على فئة معينة من الأحداث الفيزيائية. يقول Jinyang Liang ، والذي قاد هذه الدراسة: «العديد من الظواهر التي تحدث على نطاقات زمنية قصيرة جدًا تحدث أيضًا على نطاق مكاني صغير جدًا. لرؤيتها، تحتاج إلى استشعار أطوال موجية أقصر. يعد القيام بذلك في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية أو حتى الأشعة السينية خطوة رائعة نحو هذا الهدف».

للتسجيل في هذا النطاق الجديد من الأطوال الموجية ولتطوير التقنية إلى منتج سهل الاستخدام، صمم الباحثون نظام UV-CUP المضغوط بالتعاون أكاديميًا وصناعيًا  مع كريستيان إيف كوت من Axis Photonique Inc..

يتميز النظام الجديد بمهبط ضوئي ذو نمط والذي يُستخدم للكشف عن الضوء الأسود وترميزه في نفس الوقت. وقال جينيانغ ليانغ (Jinyang Liang ) الذي كان يساهم في تطوير التصوير الفوتوغرافي المضغوط فائق السرعة منذ دراسته للدكتوراه :” مثل الكاميرا القياسية، فإن تقنيتنا سلبية. فهي لا تنتج الضوء؛ إنها تستقبله. لذلك، يجب أن يكون مهبطنا الضوئي حساسًا للفوتونات المنبعثة كضوء فوق بنفسجي. هذا التصميم يجعل أسلوبنا نظامًا قائمًا بذاته ويمكن دمجه بسهولة في العديد من المنصات التجريبية”.

عمل ليانغ (Liang) مع فرانسيوا ليجاري ( François Légaré) وهو أيضًا دكتور في المعهد الوطني للبحث العلمي لإنتاج وأخذ الصور لذبذبات الأشعة فوق البنفسجية في مختبر مصدر ضوء الليزر المتقدم(ALLS).

تقسيم مشكلة إعادة البناء:

يقول جينيانغ ليانغ: “إن التقاط الصورة هو النصف الأول فقط من العمل”. بل لابد أيضاً من إعادة بناءها “. للقيام بذلك، طور الباحثون خوارزمية جديدة، أكثر كفاءة من الخوارزميات القياسية، من خلال تعاونهم مع جامعة بوسطن. تستلهم قوتها من خلال تقسيم المهام. يوضح البروفيسور ليانغ: “بدلاً من حل مشكلة إعادة البناء ككتلة، تقسم الخوارزمية إعادة البناء إلى مشاكل أصغر تعالجها بشكل فردي”.

بفضل الابتكارات في كل من الأجهزة والبرامج، تتمتع UV-CUP بسرعة تصوير تبلغ 0.5 تريليون إطار في الثانية. تنتج مقاطع فيديو ذات 1500 إطار بتنسيق كبير. باعتباره مصورًا بسرعة الضوء، يرى UV-CUP فوتونات الأشعة فوق البنفسجية الطائرة في الوقت الفعلي. يقول ينمينغ لاي، وهو طالب ماجستير في المعهد الوطني للبحوث العلمية (INRS) والمؤلف الأول للمقالة: “يسحرني دائمًا أنه من الممكن مشاهدة أسرع شيء في الكون بمثل هذه التفاصيل الرائعة”.

سيتم إرسال الجهاز الذي تم تطويره من خلال هذا التعاون الدولي إلى مختبر الأبحاث (SOLEIL Synchrotron ) لتصوير الظواهر الفيزيائية في فرنسا. يمكن أن يلتقط توليد البلازما بالليزر، وهي ظاهرة ضرورية لاستنتاج خصائص معينة للمواد، وفلورة الأشعة فوق البنفسجية، وهو أمر مهم في التصوير الطبي لتحديد المؤشرات الحيوية المرتبطة بالأمراض.

المصدر: https://phys.org

ترجمة: فاطمة مفرح القحطاني

تويتر: @FatomzF

مراجعة: ثريا البرقان