دوربینی که نامرئی‌ها را مرئی می‌کند

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از ساینس دیلی ، پژوهشگران «دانشگاه عادی شرق چین» (ECNU) از یک روش تصویربرداری پیشرفته رونمایی کرده‌اند که می‌تواند جزئیات پنهان رویداد‌هایی را که در تریلیونیم ثانیه در حال وقوع هستند، ثبت کند. این روش جدید نه تنها میزان روشنایی جسم مورد نظر را ردیابی می‌کند، بلکه همه تغییرات ساختاری ظریفی را که قبلاً نامرئی بودند، در یک تصویر آشکار می‌سازد. پژوهشگران اکنون با تبدیل مؤثر پدیده‌های فوق سریع به فیلم‌های دقیق می‌توانند تشکیل پلاسما، حرکت الکترون‌ها و تبدیل مواد را در لحظه تماشا کنند.

 این تصویر بصری، «تصویربرداری فمتوثانیه با مدولاسیون منسجم طیفی-زمانی فشرده» (CST-CMFI) را نشان می‌دهد. یک پالس لیزر با اجزای طیفی متغیر بر اساس زمان، یک صحنه پویا را روشن می‌کند و امکان ثبت طول موج‌های مختلف را برای ثبت گذر‌های زمانی متوالی فراهم می‌آورد. روش CST-CMFI با استفاده از تصویربرداری مدولاسیون منسجم کدگذاری شده با پراکندگی، هم تغییرات شدت و هم تغییرات فاز را بازیابی می‌کند.

پژوهشگران در این پروژه، یک روش تصویربرداری جدید و قوی ایجاد کرده‌اند که جزئیات بسیار بیشتری را درباره رویداد‌های فوق سریع در دنیای میکروسکوپی نسبت به گذشته آشکار می‌کند. این فرآیند‌ها در زمان‌های فوق‌العاده کوتاهی - اغلب در عرض صد‌ها فمتوثانیه - رخ می‌دهند و تاکنون بررسی آنها دشوار بوده است. این روش جدید به دانشمندان امکان می‌دهد تا این تغییرات سریع را با وضوح و سرعت استثنایی ببینند و تحلیل کنند.

«یونهوا یائو» (Yunhua Yao)، سرپرست این گروه پژوهشی گفت: در زمینه‌های فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی و علوم مواد، بسیاری از پدیده‌های مهم با سرعت باورنکردنی اتفاق می‌افتند. روش جدید ما می‌تواند تکامل کامل روشنایی و ساختار داخلی یک جسم را در یک بار اندازه‌گیری ثبت کند. این یک گام بزرگ به جلو برای درک ماهیت بنیادین ماده، طراحی مواد جدید و حتی کشف اسرار فرآیند‌های بیولوژیکی است.

پژوهشگران با استفاده از این روش توانستند فعالیت‌های فوق سریع را مانند تشکیل پلاسما در آب پس از یک پالس لیزر فمتوثانیه و رفتار حامل‌های بار برانگیخته در ترکیب شیمیایی «سلنید روی» (Zinc selenide) ردیابی کنند.

یائو گفت: CST-CMFI علاوه بر کمک به دانشمندان برای مطالعه موادی که بلافاصله در واکنش به نور لیزر تغییر می‌کنند، واکنش‌های شیمیایی که اتم‌ها را با سرعت نور بازآرایی می‌کنند و رفتار دینامیکی مولکول‌های زیستی در بازه‌های زمانی فوق‌العاده کوتاه می‌تواند به بهبود فناوری‌های لیزر پرقدرت مورد استفاده برای تحقیقات انرژی پاک، تولید پیشرفته و ابزار دقیق علمی کمک کند. همچنین، این روش ممکن است با درک بهتر نحوه رفتار مواد در بازه‌های زمانی بسیار سریع، به توسعه تجهیزات الکترونیکی کارآمدتر، سلول‌های خورشیدی بهبودیافته و دستگاه‌های سریع‌تر بیانجامد.

تمرکز اصلی این گروه پژوهشی بر تصویربرداری نوری فوق سریع تک‌شات است که با ثبت همه چیز در یک نوردهی، رویداد‌هایی را ثبت می‌کند که قابل تکرار نیستند؛ مشابه ثبت یک فریم که شامل یک توالی کامل است. در گذشته، این روش‌ها عمدتاً تغییرات روشنایی را که به عنوان شدت نور نیز شناخته می‌شوند، ثبت می‌کردند. با وجود این، نور اطلاعات فاز را نیز حمل می‌کند که نشان می‌دهد چگونه هنگام عبور از مواد خم می‌شود یا سرعت آن تغییر می‌کند. پژوهشگران تصمیم گرفتند هم شدت و هم فاز را به طور هم‌زمان ثبت کنند و تصویر کامل‌تری را از فرآیند‌های فوق سریع ارائه دهند.

پژوهشگران برای دستیابی به این هدف، نقشه‌برداری طیف زمانی، تصویربرداری طیفی فشرده و تصویربرداری مدولاسیون منسجم را با هم ترکیب کردند. هر روش مزیت خاصی دارد؛ از جمله توانایی دنبال کردن تغییرات بسیار سریع، جمع‌آوری داده‌های بیشتر در یک بار اندازه‌گیری و حفظ جزئیات دقیق تصویر.

این پژوهش در مجله «Optica» به چاپ رسید.