拍攝影像

你怎樣拍攝快照，快到能看見光在空中飛行？據(jù)《新科學(xué)家》（New Scientist）27日?qǐng)?bào)道，利用能探測到單光子，每秒200億幀的超高速攝像機(jī)，科學(xué)家首次捕捉到了激光在空氣中飛行的畫面。在10分鐘內(nèi)，研究者記錄了光子與空氣碰撞時(shí)產(chǎn)生的200萬次激光脈沖。該技術(shù)可用于巡查環(huán)境角落，顯示屏幕上看不到的物體，還可用在需要精準(zhǔn)計(jì)量時(shí)間信息的地方。

蘇格蘭赫利瓦特大學(xué)的主要研究者加里皮說：“這是我們第一次看到光經(jīng)過身邊時(shí)的情形。”在通常情況下，科學(xué)家只能通過物體上的反射來看到光。想看到激光器發(fā)出的激光則更加棘手，因?yàn)楣庾邮窃诰劢构馐羞\(yùn)動(dòng)，而且方向都相同。

拍攝到的照片

赫利瓦特大學(xué)的喬納森·里奇解釋說，他們研究的相機(jī)能以光速拍攝，記錄下光脈沖在空中飛行的過程。攝像機(jī)結(jié)合了脈沖激光源的工作原理。在錄像中，記錄了光脈沖里的光子在空中飛行。里奇說，人們可以看到光子在一系列鏡子上發(fā)生的反射。當(dāng)光脈沖與空氣分子碰撞時(shí)，會(huì)隨機(jī)散射出光子，這些光子中有些會(huì)被攝像機(jī)拍下來。

里奇表示：“光由光子構(gòu)成，速度為每秒鐘3億米，沒有什么東西比光跑得更快。光子飛行的速度如此之快，普通相機(jī)是無法拍下它們的運(yùn)動(dòng)的。而我們的新相機(jī)極為靈敏而且極快，能拍攝單個(gè)的光子，當(dāng)它們?cè)诳罩新眯袝r(shí)，還能給光脈沖錄像。”

該相機(jī)由愛丁堡大學(xué)開發(fā)，其感光部件由單光子光敏像素陣列構(gòu)成。這些像素有兩種特性：一是對(duì)單個(gè)光子敏感的能力——每個(gè)像素的敏感性是人眼的10倍左右；二是它們的速度——每個(gè)像素被激活只要67皮秒(萬億分之一秒)，比人眨一下眼的時(shí)間要快10億倍。“這些特性讓我們能實(shí)現(xiàn)‘飛光成像’。”里奇說，當(dāng)光在空中飛行，從物體上散射開來時(shí)，這種成像方法連光本身也能拍下來。

利用能探測到單光子的超高速攝像機(jī)，科學(xué)家首次捕捉到了激光在空氣中飛行的畫面。

這種迷你型數(shù)碼攝像機(jī)是進(jìn)行激光研究的同類產(chǎn)品中第一種可以輕松攜帶的。該攝像機(jī)具有一個(gè)32×32的探測器網(wǎng)格，能記錄光子到達(dá)的時(shí)間和速率——每秒200億幀。根據(jù)發(fā)表在《新科學(xué)家》雜志上的報(bào)告，攝像機(jī)可以從側(cè)面對(duì)射向一系列鏡面的激光束進(jìn)行拍攝。

加里皮教授稱，略有點(diǎn)模糊的激光圖像正說明了攝像機(jī)在捕捉激光飛行路徑時(shí)的超高精確性。“激光脈沖具有某種形狀，”她說，“這并不只是一個(gè)穿過空氣的矩形。”

試驗(yàn)方式

科學(xué)家希望能夠更加精確地記錄光子運(yùn)動(dòng)，從而為開發(fā)快速角檢測的工具提供幫助。目前要獲得一張角檢測的圖像可能需要一個(gè)小時(shí)，而新技術(shù)將可以在幾分鐘內(nèi)完成。

據(jù)英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)展介紹，這些技術(shù)可以用于巡查環(huán)境角落。放在隱蔽角落處的物體也會(huì)散射光子，通過記錄這些散射光，就能顯示屏幕上看不到的物體。此外，該相機(jī)還可以用在需要精準(zhǔn)計(jì)量時(shí)間信息的地方。