La cámara más rápida del mundo

Un grupo de investigadores ha presentado, en la revista Nature, la cámara más rápida de las diseñadas hasta la fecha. Su velocidad de obturación es de tan solo una billonésima parte de un segundo y es capaz de captar más de seis millones de imágenes seguidas en un segundo.

La "lámpara de flash" de la cámara es un rápido pulso láser, detectado electrónicamente, que se dispersa en el espacio y se alarga en el tiempo. Además, la cámara funciona con tan solo un detector, en lugar de los millones que hay en una típica cámara digital.

Este nuevo enfoque será decisivo en la toma de imágenes que se producen de forma aleatoria o con rápidos movimientos, como la comunicación entre las neuronas.
La técnica, denominada Steam (Serial Time-Encoded Amplified imaging), depende de una cuidadosa manipulación de los llamados pulsos láser del "supercontinuo".

Estos pulsos, de menos de una millonésima parte de la millonésima parte de un segundo de duración, contienen una gama considerablemente amplia de colores. Dos elementos ópticos dispersan el pulso láser en un array bidimensional ordenado de colores.

Es este "arcoiris 2D" lo que ilumina una muestra. Parte del arcoiris es reflejado por la muestra –dependiendo de las zonas de luz y oscuridad de la zona iluminada- y las reflexiones vuelven por su camino inicial.

Puesto que la dispersión de los diversos colores del pulso es tan regular y ordenada, la gama de colores reflejada contiene información espacial detallada acerca de la muestra.

"Los puntos claros reflejan su longitud de onda asignada, pero los oscuros no", explicó Bahram Jalali, profesor de la Universidad de California, Los Angeles, que dirigió la investigación. "Cuando se refleja el arcoiris 2D a partir del objeto, la imagen se copia sobre el espectro de colores del pulso".

El pulso pasa, a continuación, a través de la óptica de dispersión y se convierte, una vez más, en un rayo de luz, con la imagen almacenada en su interior en forma de serie de colores distribuidos.

No obstante, ese espectro de color está mezclado en un pulso de luz excepcionalmente corto, que sería imposible de extraer en la electrónica tradicional.

El equipo dirige, a continuación, el pulso hacia una denominada fibra de dispersión; un cable de fibra óptica con un límite distinto de velocidad para diferentes colores de luz. Como resultado, la parte roja del espectro se desplaza por delante de la azul a medida que el pulso avanza por la fibra. Finalmente, la parte roja y la azul acaban por separarse dentro de la fibra, llegando a su extremo en tiempos muy diferentes.

Luego, basta con detectar la luz cuando sale de la fibra con un fotodiodo estándar y digitalizarla, asignando las partes del pulso que llegan en tiempos diferentes a diferentes puntos del espacio bidimensional.

El resultado de todo este proceso óptico es una imagen que representa una captura de imagen con una duración de tan solo 440 trillonésimas partes de un segundo.
Los investigadores utilizaron un láser que disparaba más de seis millones de pulsos en un segundo, dando lugar al mismo número de imágenes. No obstante, afirman que el sistema se puede mejorar para adquirir más de 10 millones de imágenes por segundo; es decir, más de 200,000 veces más rápido que una cámara de vídeo estándar.

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