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科学家首次捕捉到激光在空气中飞行的画面

发布时间:2015-02-03   点击次数:369次

近日,科学家利用能探测到单光子,每秒200亿帧的超高速摄像机,首次捕捉到了激光在空气中飞行的画面。在10分钟内,研究者记录了光子与空气碰撞时产生的200万次激光脉冲。该技术可用于巡查环境角落,显示屏幕上看不到的物体,还可用在需要精准计量时间信息的地方。
  
  利用能探测到单光子的超高速摄像机,科学家首次捕捉到了激光在空气中飞行的画面。上图为定格画面。苏格兰赫利瓦特大学的主要研究者加里皮说:这是我们第一次看到光经过身边时的情形。在通常情况下,科学家只能通过物体上的反射来看到光。想看到激光器发出的激光则更加棘手,因为光子是在聚焦光束中运动,而且方向都相同。
  
  赫利瓦特大学的乔纳森·里奇解释说,他们研究的相机能以光速拍摄,记录下光脉冲在空中飞行的过程。摄像机结合了脉冲激光源的工作原理。在录像中,记录了光脉冲里的光子在空中飞行。里奇说,人们可以看到光子在一系列镜子上发生的反射。当光脉冲与空气分子碰撞时,会随机散射出光子,这些光子中有些会被摄像机拍下来。
  
  里奇表示:光由光子构成,速度为每秒钟3亿米,没有什么东西比光跑得更快。光子飞行的速度如此之快,普通相机是无法拍下它们的运动的。而我们的新相机极为灵敏而且极快,能拍摄单个的光子,当它们在空中旅行时,还能给光脉冲录像。
  
  该相机由爱丁堡大学开发,其感光部件由单光子光敏像素阵列构成。这些像素有两种特性:一是对单个光子敏感的能力——每个像素的敏感性是人眼的10倍左右;二是它们的速度——每个像素被激活只要67皮秒(万亿分之一秒),比人眨一下眼的时间要快10亿倍。这些特性让我们能实现飞光成像里奇说,当光在空中飞行,从物体上散射开来时,这种成像方法连光本身也能拍下来。
  
  这种迷你型数码摄像机是进行激光研究的同类产品中第一种可以轻松携带的。该摄像机具有一个32×32的探测器网格,能记录光子到达的时间和速率——每秒200亿帧。根据发表在《新科学家》杂志上的报告,摄像机可以从侧面对射向一系列镜面的激光束进行拍摄。
  
  加里皮教授称,略有点模糊的激光图像正说明了摄像机在捕捉激光飞行路径时的超高精确性。激光脉冲具有某种形状,她说,这并不只是一个穿过空气的矩形。科学家希望能够更加精确地记录光子运动,从而为开发快速角检测的工具提供帮助。目前要获得一张角检测的图像可能需要一个小时,而新技术将可以在几分钟内完成。