Inventan una cámara tan rápida que congela el movimiento de la luz

En los últimos años, la unión entre las innovaciones en la óptica no lineal y la imagen ha abierto la puerta a nuevos métodos altamente eficientes para el análisis microscópico de fenómenos dinámicos en biología y física. Pero aprovechar el potencial de estos métodos requiere una forma de grabar imágenes en tiempo real con una resolución temporal muy breve, en una sola exposición.

Usando las técnicas de imagen actuales, las mediciones tomadas con pulsos láser ultracortos deben repetirse muchas veces, lo cual es apropiado para algunos tipos de muestras inertes, pero imposible para otras más frágiles. Por ejemplo, el vidrio grabado con láser puede tolerar un solo impulso de láser, dejando menos de un picosegundo para capturar los resultados. En tal caso, la técnica de imagen debe poder capturar todo el proceso en tiempo real.

La fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) fue un buen punto de partida. A 100.000 millones de cuadros por segundo, este método se acercó, pero no cumplió, las especificaciones requeridas para integrar los láseres de femtosegundos. Para mejorar el concepto, el nuevo sistema T-CUP se desarrolló a partir de una cámara de ráfaga de femtosegundos que también incorpora un tipo de adquisición de datos utilizado en aplicaciones como la tomografía. Este logro se presenta en la revista 'Light: Science & Applications'.

«Sabíamos que al usar solo una cámara de racha de femtosegundos, la calidad de la imagen sería limitada», dice el profesor Lihong Wang, profesor de Ingeniería Eléctrica en Caltech y Director del Laboratorio de Imágenes Ópticas de Caltech (COIL). «Para mejorar esto, agregamos otra cámara que adquiere una imagen estática. Combinada con la imagen adquirida por la cámara de franja de femtosegundos, podemos usar lo que se llama transformación de radón para obtener imágenes de alta calidad mientras grabamos diez billones de fotogramas por segundo.»

Al establecer el récord mundial de velocidad de imágenes en tiempo real, T-CUP puede propiciar una nueva generación de microscopios para biomédica, ciencia de materiales y otras aplicaciones. Esta cámara representa un cambio fundamental que permite analizar las interacciones entre la luz y la materia en una resolución temporal sin paralelo.

La primera vez que se usó, la cámara ultrarrápida abrió nuevos caminos al capturar el enfoque temporal de un solo pulso de láser de femtosegundo en tiempo real. Este proceso se registró en 25 fotogramas tomados a un intervalo de 400 femtosegundos y detalla la forma, la intensidad y el ángulo de inclinación del pulso de luz.

«Es un logro en sí mismo», dice Jinyang Liang, el autor principal de este trabajo, que era ingeniero de COIL cuando se realizó la investigación, «pero ya vemos posibilidades de aumentar la velocidad hasta en un trillón de fotogramas por segundo». Seguramente, velocidades como esa ofrecerán una visión de los secretos aún no detectables de las interacciones entre la luz y la materia.