La cámara más rápida del mundo puede capturar imágenes a una velocidad de 156 billones de cuadros por segundo (fps), abriendo una nueva ventana a fenómenos ultrarrápidos que antes eran imposibles de ver, dicen los científicos.
El nuevo dispositivo utiliza una novedosa técnica óptica para capturar 132 fotogramas de un único pulso de un láser ultrarrápido. Los científicos describieron el nuevo dispositivo en un estudio publicado el 21 de febrero en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Esta tecnología permite a los científicos registrar fenómenos que ocurren en femtosegundos, una billonésima de segundo. La tecnología podría proporcionar información valiosa que impactará diferentes campos de investigación y desarrollo, desde la creación de nuevas tecnologías de memoria de computadora hasta tratamientos médicos con ultrasonido, escribieron los investigadores en su artículo.
«Esta cámara es más que un simple juguete, en realidad es una pieza muy importante de equipo científico», afirma el autor principal. Jin Yang Liang, dijo a Live Science un profesor asociado de óptica en el Instituto Nacional de Investigaciones Científicas (INRS) en la ciudad de Quebec. «Estamos a punto de desarrollar un sistema de imágenes muy genérico que nos permitirá ver muchos fenómenos que antes no eran accesibles».
El principal desafío al capturar imágenes de fenómenos ultrarrápidos es que incluso los sensores de cámara más rápidos sólo pueden capturar imágenes a una velocidad de varios cientos de millones de fps, dijo Liang. Pero muchos acontecimientos en la naturaleza ocurren en escalas de tiempo cinco o seis órdenes de magnitud más rápido que eso.
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El enfoque estándar para capturar fenómenos ultrarrápidos implica dispararles un pulso láser y luego medir cuánta luz se refleja o absorbe. Esto se repite muchas veces, cada una de las cuales apunta a una ventana de tiempo diferente separada por solo unos pocos femtosegundos. Pero este enfoque de «bombeo y sonda» sólo funciona para muestras estáticas o fenómenos repetibles con precisión, dijo Liang.
Y aunque los sensores optoelectrónicos especiales han logrado velocidades de hasta 10 billones de fps, esto todavía no es lo suficientemente rápido para muchos fenómenos. En 2020, Liang fue coautor de un papel en un enfoque llamado «fotografía ultrarrápida comprimida», que alcanzó velocidades de hasta 70 billones de fps. Y ahora su laboratorio ha más que duplicado ese récord con un enfoque que han denominado «femtofotografía en tiempo real con apertura codificada de barrido».
El nuevo enfoque se basa en una fuente de luz especial conocida como láser «chirrido», cuyo descubrimiento ganó el Premio Nobel de Física 2018. En estos láseres, las longitudes de onda de la luz se alargan para que luz de diferentes colores llegue en diferentes momentos.
Esto significa que cuando se dispara un pulso de este láser a un objeto, cada longitud de onda captura información de diferentes puntos temporales. En la configuración de Liang y su equipo, la luz pasa a través de una rejilla que divide las longitudes de onda y las envía en diferentes direcciones. Luego pasan a través de una máscara, que parece un código QR.
Esto imprime un patrón ligeramente diferente en cada longitud de onda, que según Liang actúa como un «código de barras» para separarlas en el posprocesamiento. Luego, otra rejilla recombina todas las longitudes de onda en un solo haz, que incide en un sensor de imagen.
Un software especialmente diseñado utiliza códigos de barras para determinar qué partes de la señal provienen de qué longitud de onda, cada una relacionada con diferentes puntos de tiempo. Esto hace posible dividir una única instantánea en varios fotogramas para crear una película corta. En la actualidad, el enfoque sólo puede gestionar películas de 132 fotogramas de longitud, es decir, hasta 850 femtosegundos, pero el equipo ya ha demostrado que esto puede capturar fenómenos interesantes.
En su artículo, utilizaron su configuración para registrar un semiconductor que absorbía fotones de un pulso láser, así como un láser utilizado para desmagnetizar una película de aleación. Esto último tiene importantes implicaciones para el desarrollo de nuevas memorias informáticas basadas en el magnetismo, afirmó Liang. «La rapidez con la que podemos desmagnetizar un material magnético determina esencialmente la rapidez con la que podemos escribir o leer los datos», dijo.
Otra aplicación prometedora sería registrar cómo responden las células a las ondas de choque causadas por dispositivos de ultrasonido, dijo, lo que podría tener implicaciones para los tratamientos médicos.
