T-CUP: Schnellste Kamera der Welt schafft 10 Billionen fps

Eine Femtosekunde ist sehr kurz. Doch Forscher in den USA haben eine Kamera entwickelt, deren Belichtungszeit kurz genug und deren Bildrate hoch genug ist, um einen femtosekundenlangen Laserpuls aufzunehmen.

Artikel veröffentlicht am 15. Oktober 2018, 15:43 Uhr, Werner Pluta

T-CUP-Kamera: Eine Billiarde Bilder pro Sekunde sind möglich. (Bild: INRS)

Zehn Billionen Bilder pro Sekunde, aber trotzdem eine hohe Aufnahmequalität: Forscher vom California Institute of Technology (Caltech) haben eine Kamera gebaut, die schnell genug ist, um einen Femtosekunden-Laserpuls im Bild festzuhalten.

T-CUP ist eine Weiterentwicklung der Compressed Ultrafast Photography (CUP). Eine CUP-Kamera nutzt Mikrospiegel und Strahlenteiler, um Lichtsignale aufzufangen und daraus ein Bild zu erzeugen. Eine solche Kamera schafft eine Bildrate von bis zu 100 Milliarden Bilder pro Sekunde. Das reicht aber nicht aus, um den Puls eines Femtosekunden-Lasers abzubilden. Außerdem ist die Abbildungsqualität einer CUP-Kamera nicht so gut.

Die Forscher um Jinyang Liang kombinierten diese mit einer Femtosekunden-Schmierbild- oder Streak-Kamera und setzen zudem eine andere Technik für die Datensammlung ein, die sogenannte Radontransformation, die auch beim Schnittbildverfahren oder Tomografie eingesetzt wird.

Die T-CUP-Kamera ist mit zehn Billionen fps die derzeit schnellste Kamera. Ihre Bildrate ist hoch genug, um die Bahn des Pulses eines Femtosekunden-Lasers abzubilden. Die Forscher richteten T-CUP-Kamera auf einen 800 Nanometer-Laser, der 50 Femtosekunden lange Pulse emittierte, und hielten den Weg des Pulses in allen Einzelheiten fest. Sie konnten unter anderem Details wie die Veränderungen der Laserintensität oder die Breitenkompression sichtbar machen.

"Das ist schon an sich eine Leistung", sagt Liang. "Aber wir sehen Möglichkeiten, die Geschwindigkeit auf bis zu eine Billiarde Bilder pro Sekunde zu erhöhen!" Damit könnte die T-CUP-Kamera ganz neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie ermöglichen. Die Forscher um Liang beschreiben ihre Entwicklung in der Fachzeitschrift Nature.