Самая быстрая в мире лазерная камера для записи пленки в реальном времени

Освещая поверхность образца короткими импульсами лазерного луча, можно отображать последовательности различных химических и физических реакций. Исследовательская группа, в которую входили исследователи из Гетеборгского университета, разработала самую быструю в мире однократную лазерную камеру, которая по крайней мере в тысячу раз быстрее, чем современное современное оборудование для диагностики горения. Это открытие имеет большое значение для изучения молниеносного сгорания углеводородов.

Что происходит с веществом, сгоревшим в разных условиях? Чтобы исследовать этот вопрос, исследователи используют лазерную камеру, которая визуализирует материю в двумерном слое, известную как LS CUP (сверхбыстрая компактная визуализация на однократном лазерном листе). Наблюдая за образцом сбоку, можно увидеть взаимодействия и выбросы, происходящие во времени и пространстве. Исследователи использовали LS-CUP для изучения сгорания различных углеводородов.

12,5 миллиардов изображений в секунду

Физики из Гетеборгского университета совместно с коллегами из США и Германии разработали сверхбыструю лазерную камеру, способную создавать видео с рекордной скоростью 12,5 млрд кадров в секунду, что как минимум в тысячу раз быстрее, чем у лучшей на сегодняшний день камеры. лазерное оборудование. Это позволило исследователям продемонстрировать горение с невиданным ранее временным разрешением.

«Чем больше снимков будет сделано, тем точнее мы сможем проследить ход событий. При сгорании углеводородного топлива образуются наноразмерные частицы сажи, различные фототермальные и полициклические ароматические углеводороды, ПАУ, которые опасны для окружающей среды», — говорит Йогешвар Натх. Мишра, который был одним из исследователей в Гетеборгском университете, который теперь представляет результаты в научной статье в журнале. свет: Наука и приложения.

Частицы сажи недолговечны

Частицы сажи углеводородов составляют 70% материала в межзвездном пространстве, а также являются интересным наноматериалом для применения в электронике и энергетике. Частицы сажи и ароматические углеводороды чрезвычайно недолговечны, и время их жизни измеряется наносекундами при их горении. Горение характеризуется очень быстрыми реакциями, которые не повторяются. Изучение горения требует сверхбыстрых методов захвата изображений, которые исследователи уже достигли с помощью этой новой лазерной камеры.

«Раньше возникали проблемы, когда камера была ограничена несколькими миллионами изображений в секунду. Для получения двухмерных изображений различных типов горения требовались повторяющиеся лазерные импульсы, которые влияли на температуру горения по мере увеличения мощности лазера», — говорит Йогешвар Нат Мишра.

Применение во многих областях исследований

Новая лазерная камера фиксирует уникальное изображение с помощью одного лазерного импульса. Скорость изображения достигает 10 миллиардов кадров в секунду и может быть легко адаптирована для отслеживания всех видов лазерно-индуцированных сигналов в течение всего времени существования частицы. Приложения выходят далеко за рамки исследований горения и могут широко использоваться в физике, химии, биологии, медицине, энергетике и исследованиях окружающей среды.

Ссылка: «Одноимпульсная плоская визуализация в режиме реального времени со сверхбыстрой динамикой лазера наночастиц и температурой в пламени со скоростью миллиарды кадров в секунду», Йогешвар Нат Мишра, Пенг Ван, Флориан Дж. Бауэр, Йед Чжан, Даг Хансторп, Стефан Вейл и Лихонг. В. Ван 21 февраля 2023 г. Свет: наука и приложения.
DOI: 10.1038/s41377-023-01095-5