La photographie ultra-rapide compressée (CUP) capture l'intégralité du processus en temps réel et avec une résolution inégalée en un seul clic. Les informations spatiales et temporelles sont d'abord compressées en une image puis, à l'aide d'un algorithme de reconstruction, elles sont converties en vidéo.
Développer un instrument compact pour les UV
Jusqu'à présent, cette technique était limitée aux longueurs d'onde visibles et proche infrarouge, et donc à une catégorie spécifique d'événements physiques. «De nombreux phénomènes qui se produisent sur des échelles de temps très courtes se produisent également à une très petite échelle spatiale. Pour les voir, vous devez détecter des longueurs d'onde plus courtes.
Faire cela dans les gammes de rayons UV ou même de rayons X est une étape remarquable vers cet objectif », déclare Jinyang Liang, qui a dirigé l'étude.
Pour enregistrer dans cette nouvelle gamme de longueurs d'onde et pour développer la technique en un produit convivial, les chercheurs ont conçu un système UV-CUP compact avec Christian? Yves Côté d'Axis Photonique Inc. via une collaboration université-industrie.
Le nouveau système comporte une photocathode à motifs, qui est utilisée pour détecter et coder simultanément la «lumière noire». «Comme une caméra standard, notre technologie est passive. Elle ne produit pas de lumière, elle la reçoit. Par conséquent, notre photocathode devait être sensible aux photons émis sous forme de lumière UV.
Cette conception fait de notre technique un système autonome qui peut être facilement intégré dans diverses plates-formes expérimentales », explique Jinyang Liang, qui contribue au développement de CUP depuis son postdoctorat.
Liang a travaillé avec François Légaré, également professeur à l'INRS, pour générer et prendre des images d'impulsions UV au laboratoire Advanced Laser Light Source (ALLS). «L'environnement de recherche exceptionnel du Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications de l'INRS est très utile. Il est tellement plus efficace lorsque toutes les capacités de conception, de fabrication et de caractérisation nécessaires sont disponibles dans le même bâtiment.
Répartir le problème de la reconstruction
« Prendre la photo n'est que la première moitié du travail », déclare Jinyang Liang. « Il doit également être reconstruit. » Pour ce faire, les chercheurs ont développé un nouvel algorithme, plus efficace que les algorithmes standards, via leur collaboration avec l'Université de Boston. Sa force vient d'une répartition des tâches.
Plutôt que de résoudre le problème de reconstruction en bloc, l'algorithme divise la reconstruction en problèmes plus petits qu'il aborde individuellement. «
Jinyang Liang, responsable de l'étude et Pprofesseur, INRS
Grâce aux innovations matérielles et logicielles, UV-CUP a une vitesse d'imagerie de 0,5 billion d'images par seconde. Il produit des vidéos de 1500 images en grand format. En tant qu'imageur à la vitesse de la lumière, UV-CUP voit voler les photons UV en temps réel. «Cela me fascine toujours quand on peut regarder l'objet le plus rapide de l'univers avec autant de détails», déclare Yingming Lai, étudiant en Master à l'INRS et premier auteur de l'article.
Le dispositif développé grâce à cette collaboration internationale sera envoyé au laboratoire de recherche SOLEIL Synchrotron en France pour visualiser les phénomènes physiques. Il pourrait capter la génération laser-plasma, phénomène indispensable pour déduire certaines propriétés des matériaux, et la fluorescence UV, importante en imagerie médicale pour identifier les biomarqueurs liés aux maladies.
La source:
Référence du journal:
Lai, Y., et al. (2020) Photographie ultra-rapide compressée aux ultraviolets en un seul coup. Avis sur le laser et la photonique. doi.org/10.1002/lpor.202000122.
