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時間也能放大?高性能條紋相機(jī)了解一下
更新時間:2019-01-22瀏覽:3150次

眼睛是人類獲取信息的主要來源,日常生活中百分之九十以上的信息都是通過視覺來獲取的。但是人眼的時間分辨能力,只有二十四分之一秒,超快事件的發(fā)生過程,遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于該時間尺度的時候,人類眼睛的能力是無法區(qū)分的。

在自然科學(xué)以及科技生產(chǎn)中,存在很多超快事件。例如植物的光合作用,食鹽在水中的溶解,動物的熒光壽命過程,以及半導(dǎo)體載流子的時間過程。這些時間過程大多集中在百萬分之一秒,甚至在億萬分之一秒,如何觀測微觀世界的所作所為,如何將這種超快事件展現(xiàn)在人類眼睛的面前,這就需要一種超快診斷工具。

 

動物的熒光壽命過程(視頻截圖)

放大空間我們可以用放大鏡,要是想放大時間呢?這就要用到條紋照相機(jī)了!
條紋照相機(jī),是一種測量光脈沖的強(qiáng)度關(guān)于時間的變化的儀器,也是同時具備超高時間分辨與高空間分辨的科學(xué)測量與診斷儀器,代表著光電診斷技術(shù)的高水平,而且它有一個有趣的名字叫做“時間放大工具”。這臺小小的機(jī)器涉及到光學(xué)、光電子學(xué)、微電子學(xué)、計算機(jī)控制,精密機(jī)械加工,等一系列的交叉學(xué)科。由于他的性、先進(jìn)性,被稱作科學(xué)儀器“皇冠上的明珠”。

 

條紋相機(jī)(視頻截圖)

條紋相機(jī)的程度到達(dá)什么地步了呢?例如一個生命只有一秒鐘的生物,拍攝它從生到死的整個生命過程,再用人眼肉眼可分辨的時間來播放,時間大概需要上萬億個小時!包括超快速飛行的子彈,肉眼或一般的記錄儀器是無法記錄到這種超快過程的,但是用條紋相機(jī)拍攝的話,就像靜止在眼前一樣,飛行過程中的所有動態(tài)姿勢,都可以被記錄下來。

這種把時間放大的工具,是通過“時空轉(zhuǎn)換”實(shí)現(xiàn)的,即把時間信息轉(zhuǎn)換為空間信息。例如當(dāng)一群人走進(jìn)一個房間,如果不分先后順序的擠在一塊的時候,我們是無法知道每個人是什么時間什么時候進(jìn)入這個房間的。

如果做這樣的規(guī)定:進(jìn)入的人個人坐在排的列,第二個人坐在地一排的第二列,依次排開,當(dāng)我們看到每一個人所處的位置的時候,就可以知道這個人進(jìn)入房間的時間。這就是日常生活中簡單的事件向空間轉(zhuǎn)換的一個方式。

條紋相機(jī)的組成部分和制作過程也很精密,可以簡單的的理解為單反相機(jī)里面加了一個條紋片像管。由經(jīng)典的傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)、條紋管、后端的記錄CCD三部分組成,以及控制系統(tǒng)。

 

(視頻截圖)

如果有一個超快事件發(fā)生的過程,在A時刻和B時刻通過條紋相機(jī)前端的狹縫,進(jìn)行取樣,然后經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像在條紋相機(jī)的陰上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化。當(dāng)這種光子轉(zhuǎn)換為電子的同時,在控制端加了掃描電路,這種不同時刻進(jìn)來的光電子,就會在掃描電壓的偏轉(zhuǎn)上進(jìn)行空間的分離,后被CCD記錄。利用這種儀器可以同時獲得光信號的持續(xù)時間和強(qiáng)度的空間分布情況,這個過程就完成了從時間到空間的轉(zhuǎn)變過程。

 

(視頻截圖)

我國高性能條紋相機(jī)的成功研發(fā),打破了上的壟斷,標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能條紋相機(jī)進(jìn)入實(shí)用化水平,對國家戰(zhàn)略高技術(shù)及前沿科學(xué)領(lǐng)域的需求具有其重要的戰(zhàn)略性推動作用。

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轉(zhuǎn)自:科學(xué)大院

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