Özel kare zamanlaması, zaman içinde beş büyüklük düzeyindeki ultra hızlı olayları yakalar

Ultra hızlı fotoğrafçılığın çoğu geleneksel yöntemi, görüntülerin çekildiği eşit aralıklı aralıklar kullanır, ancak yeni gelişmeler, özellikle birden fazla zaman ölçeği söz konusu olduğunda, hikayenin ne kadarının dışarıda bırakılabileceğini göstermiştir.

Lazer darbesi veya şok dalgası emisyonu gibi ultra hızlı olaylar, ultra hızlı görüntüleme kullanılarak yakalanabilir. Geleneksel görüntüleme yöntemleri mikrosaniye (saniyenin milyonda biri) veya milisaniye (saniyenin binde biri) zaman ölçeklerinde çalışır ve genellikle görüntülerin çekildiği sabit, eşit aralıklı (veya çoğunlukla eşit aralıklı) aralıklara sahiptir. Bu, ultra hızlı olayın bazı özelliklerini yakalamak için işe yarayabilir, ancak her önemli ve gözlemlenebilir dinamik, düzgün aralıklarla gerçekleşmez.

Hızlı değişim anlarını hedeflemek

Bu sorunu çözmek için Tokyo Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü’nden doçent Keiichi Nakagawa liderliğindeki bir ekip, logaritmik ultra hızlı fotoğrafçılık ve bant çözümlü bireysel gecikme üretimi (BRIDGE) kullanarak sınırlı görüntü yakalamalarını dinamik değişikliklerin meydana geldiği zamanlara odaklayarak bu görünmeyen örnekleri yakalamak için bir yöntem geliştirdi. Çalışma dergide yayınlandı Optik.

Logaritmik ultra hızlı fotoğrafçılık, hedef oluşumdaki karakteristik öneme sahip anlara karşılık gelecek şekilde zamanlanmış, belirli sayıda tek çekim kareyi belirli bir süre boyunca dağıtan bir işlemdir. Ekip bu tekniği, reaksiyon hızları ve geleneksel tekniklerin eksiklikleri nedeniyle normalde görülmeyen örnekleri daha iyi yakalamak için geliştirdi.

Femtosaniyeler ile nanosaniyeler arasında köprü kurmak

Logaritmik ultra hızlı fotoğrafçılık kavramı, sıralı zamanlı tamamen optik haritalama fotoğrafçılığında veya BRIDGE kullanılarak yüksek görüntü kalitesi ve ultra hızlı çalışma sunan STAMP’ta uygulanır. BRIDGE, dalga boyu bantlarını sırayla çıkarır ve bu bantların bağımsız olarak ayarlanmasına izin verirken, bunları dinamik süreç sırasında belirli anlara haritalama yeteneğini korur. Bu süreçte, femtosaniyeden (saniyenin katrilyonda biri) nanosaniyeye (saniyenin milyarda biri) kadar zaman ölçeklerinde sınırlı sayıda kare yerleştirilebilir.

BRIDGE ile zamanlama kontrolüne farklı zaman aralıklarında erişilebilir ve normalde görülemeyecek kadar hızlı gerçekleşen olayların gözlemlenmesi geliştirilebilir.

Nakagawa Group’ta doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın baş yazarı Keitaro Shimada, “Bu çok farklı zaman ölçeklerini tek bir ölçümde birleştirmenin bir yolunu bulmak istedik. Başka bir deyişle, birini veya diğerini seçmek zorunda kalmadan hem ilk örneği hem de takip edenleri görmek istedik” dedi.

Araştırmacılar, ultra hızlı görüntüler çekerken kareler arasındaki aralıkları özelleştirerek, normalde kaçırılabilecek önemli anları düzenli aralıklarla yavaşlatabiliyor ve böylece ultra hızlı bir olayın başlangıcının yanı sıra hemen ardından gelenlerin de tek çekimde yakalanmasına olanak tanıyor. Bu teknik, 11 karenin, yaklaşık 100 femtosaniyeden 10 nanosaniyeye kadar beş büyüklük düzeyinde önemli örnekleri yakalamasına olanak tanır.

Tekrarlanması zor olayları yakalamak

Geleneksel tek çekimli ultra hızlı görüntüleme, çoğu zaman seçilen bir zaman aralığında tekdüze bir aralıkta görüntülemeyi içerir ve tüm yolculuk yerine süreç sırasında yakalanan tek bir anı vurgular.

Çalışmanın ortak yazarı ve baş araştırmacısı Nakagawa, “Tam olarak yeniden üretilmesi zor olan olgularla özellikle ilgileniyoruz. Bu durumlarda, aynı olayın erken ve sonraki aşamalarını kaydetmek, bir dizi ayrı deneylerden yeniden oluşturulduğunda kaybolabilecek ilişkileri ortaya çıkarabilir” dedi.

Araştırmacılar bilinmeyen hakkında daha fazla şey öğrenmeye odaklanmaya devam ediyor: zirve anları anlaşılması zor olan kısa ömürlü olaylar veya zaman ölçeklerindeki farklılıklar nedeniyle henüz görülemeyen aynı fiziksel sürecin farklı aşamaları arasındaki bağlantılar. Tekniğin birçok potansiyel kullanımı var, ancak araştırmacılar öncelikle lazer işleme, malzeme dinamiği, plazma ve şok dalgası araştırmaları ve biyomedikal uygulamalarda kullanılmasını öneriyor.