研究人员设计出世界上最快的紫外相机

紧凑一体式UV-CUP系统示意图。图片来源: Jinyang Liang

国家科学研究院(INRS)超快成像专家Jinyang Liang教授的团队，与一个国际研究团队合作，开发出了世界上最快的相机，能够实时记录紫外(UV)范围内的光子。这项原始研究发表在《激光与光子学评论》（Laser＆Photonics Reviews）第十期的封面上。

压缩超快摄影（CUP）只需单击一下即可实时捕获整个过程，并获得无与伦比的分辨率。获得的空间和时间信息首先被压缩为图像，然后使用重建算法将其转换为视频。

研制一种小巧的紫外探测仪

迄今为止，CUP技术仅限于可见光和近红外波长，因此仅限于探测特定的物理现象。负责这项研究的Liang教授说：“在很短的时间尺度上发生的许多现象也都在很小的空间尺度上发生。要看到它们，需要能够探测更短的波长。在紫外线甚至X射线范围内做到这一点是朝着这一目标迈出的重要一步”。

为了记录这一新的波长范围，并将这项技术发展成为一种用户友好的产品，研究人员与Axis Photonique公司的克里斯蒂安·伊夫·科特(Christian Yves Cote)通过学术界和工业界的合作，设计了一种紧凑的UV-CUP系统。该系统具有图案化的光电阴极，可用于同时检测和编码黑光。“和标准相机一样，我们的技术是被动的。它不发光而是接收光。因此，我们的光电阴极必须对紫外光子敏感。这种设计使我们的技术成为一个独立的系统，可以很容易地集成到各种实验平台中。” 自博士后以来一直为CUP的发展做出贡献的Liang说。Liang与同样是INRS教授的Francois Legare一起在先进激光光源(ALLS)实验室生成并拍摄了紫外脉冲图像。

分割重建问题

“拍照只是工作的前半部分，”Liang说,“它也必须重建。” 为此，研究人员与波士顿大学合作开发了一种比标准算法更有效的新算法。它的优势来自于任务的分工。“该算法并没有一次性解决重建问题，而是将重建分为较小的问题，可以单独解决。”

由于硬件和软件的创新，UV-CUP的成像速度达到了每秒0.5万亿帧。它可以制作1500帧的大格式视频。作为一个光速成像仪，UV-cup可以实时看到飞行的UV光子。“当你能如此细致地观察宇宙中最快的物体时，我总是很着迷，”INRS的硕士生、该文章的第一作者Yingming Lai说。

  通过这次国际合作开发的设备将被发送到法国SOLEIL Synchrotron研究实验室，以可视化物理现象。它可以捕获激光等离子体的产生，这是推断材料某些特性必不可少的现象，而UV荧光则在医学成像中对识别与疾病相关的生物标志物极其重要。