高速攝影！記錄每秒4.4兆次的感動

2014/08/12 |

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From Flickr. Credit: wandrerstefan

美國大聯盟在今年啟用了高速攝影重播來挑戰一般判決，網球比賽的鷹眼系統能夠分析球體路徑，甚至模擬、預測軌跡。高速攝影技術除了在運動競技中屢見不鮮，也時常被應用於科學研究，像是科學的「無人之境」— 超冷水和液晶「肥皂」泡的振盪現象等等（當然，許多在科學上使用的技術，其時間尺度可不是運動競技用的攝影機可以相比的）。看到這裡不禁好奇，那世界上最快的高速攝影機在哪裡呢？

答案揭曉：日本慶應義塾大學（Keio University）和東京大學（University of Tokyo）的科學家們最近在《Nature Photonics》上發表了ㄧ款世界最快的攝影機[1]，其拍攝頻率最快可以達到每秒4.4兆個影像。在此之前，最快的攝像方法是利用雷射光進行的激發-偵測技術（pump-probe），其原理是利用光線將系統打至激發態，在激發態上再利用一道偵測光測量其吸收度，得到物質在激發態上的性質（如下圖所示），此方法可以得到極短時間尺度的解析度，不過缺點在於每次實驗都只能記錄一個時刻的資訊，要建構一連串的時變影像往往需要多次的重複測量。

Pump-probe技術。

日本科學家研發的這套新攝像技術STAMP（Sequentially Timed All-optical Mapping Photography），改進了過去的不足，它不只可以在單次測量內獲得完整的影像，其時間解析度也將近是第二名的1000倍，同時，在縮短拍攝時距的情形下，仍可維持一定的影像解析度（450 × 450 pixel）。

STAMP的出現，可以將許多研究帶入新的層次，像是觀測化學反應機制、晶體的內部振動（例如聲子）、電漿甚至是熱傳導，都可以應用其技術。目前，該研究團隊正著手於將裝置的體積縮小，未來在有效減少設備所需的空間後，預期該技術將可獲得更廣泛的應用性。