Μια νέα επαναστατική μέθοδος απεικόνισης, που αναπτύχθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου East China Normal, επιτρέπει πλέον την καταγραφή πληροφοριών για ταχύτατα φαινόμενα στον μικροσκοπικό κόσμο με λεπτομέρεια που ήταν προηγουμένως ανέφικτη.
Η τεχνική αυτή, η οποία ονομάζεται «CST-CMFI» (Compressed Spectral-Temporal Coherent Modulation Femtosecond Imaging), δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να παρατηρούν γεγονότα που συμβαίνουν σε κλάσματα του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου, δηλαδή σε εκατοντάδες femtoseconds.
Ταυτόχρονη καταγραφή έντασης και φάσης
Η καινοτομία της μεθόδου έγκειται στην ικανότητά της να καταγράφει ταυτόχρονα τόσο τη φωτεινότητα (ένταση) όσο και την εσωτερική δομή (φάση) ενός αντικειμένου σε μία μόνο μέτρηση.
Ενώ οι παλαιότερες τεχνικές περιορίζονταν στην καταγραφή των αλλαγών στη φωτεινότητα, η CST-CMFI αξιοποιεί τις χαρακτηριστικές ιδιότητες της φάσης του φωτός, οι οποίες αποκαλύπτουν πώς το φως κάμπτεται ή αλλάζει ταχύτητα καθώς διέρχεται από ένα αντικείμενο.
Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο, καθώς οι μεταβολές στη φάση είναι συχνά πολύ πιο ευαίσθητες και αποκαλυπτικές από τις αλλαγές στην ένταση.
Η τεχνολογία του παλμού λέιζερ «chirped»
Για την επίτευξη αυτής της απεικόνισης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν παλμό λέιζερ τύπου «chirped», ο οποίος περιέχει διάφορα μήκη κύματος που φτάνουν στο στόχο σε ελαφρώς διαφορετικούς χρόνους.
Με αυτόν τον τρόπο, ο χρόνος κωδικοποιείται ως μήκος κύματος. Όταν ο παλμός αλληλεπιδρά με ένα υπερταχύ γεγονός, το σκεδαζόμενο φως μεταφέρει χωρικές, φασματικές και πληροφορίες φάσης, οι οποίες συμπιέζονται σε μια ενιαία εικόνα. Στη συνέχεια, ένα νευρωνικό δίκτυο αναλαμβάνει την ανακατασκευή των δεδομένων, παράγοντας μια ακολουθία καρέ που σχηματίζει μια ταινία υπερυψηλής ταχύτητας από μία και μόνο έκθεση.
Εφαρμογές στη φυσική και τη βιολογία
Η νέα τεχνική δοκιμάστηκε ήδη στην παρατήρηση του πλάσματος που δημιουργείται από λέιζερ στο νερό, καθώς και στη μελέτη της δυναμικής των φορέων σε υλικά όπως το σεληνιούχο ψευδάργυρο (ZnSe).
Οι εφαρμογές της εκτείνονται από τη βελτίωση των χειρουργικών επεμβάσεων με λέιζερ έως τον σχεδιασμό πιο αποδοτικών ηλεκτρονικών συσκευών και ηλιακών κυψελών.
Καθώς επιτρέπει την κατανόηση της συμπεριφοράς της ύλης σε απειροελάχιστα χρονικά διαστήματα, η CST-CMFI αναμένεται να οδηγήσει σε σημαντικές ανακαλύψεις στη χημεία, τη βιολογία και την επιστήμη των υλικών, προσφέροντας μια βαθύτερη ματιά στις θεμελιώδεις διαδικασίες της φύσης.
