Una cámara de rayas es un instrumento para medir la variación en un pulso de intensidad de luz con el tiempo. Se utilizan para medir la duración del pulso de algunos sistemas láser ultrarrápidos y para aplicaciones como la espectroscopia de resolución temporal y LIDAR .
Operación
Una cámara rayada opera mediante Fourier transformando las variaciones de tiempo de un pulso de luz en un perfil espacial en un detector, provocando una desviación de la luz que varía en el tiempo a lo largo del ancho del detector. Un pulso de luz ingresa al instrumento a través de una rendija estrecha a lo largo de una dirección y se desvía en la dirección perpendicular de modo que los fotones que llegan primero golpean el detector en una posición diferente en comparación con los fotones que llegan más tarde. [1]
La imagen resultante forma una "franja" de luz, a partir de la cual se puede inferir la duración y otras propiedades temporales del pulso de luz. Por lo general, para registrar fenómenos periódicos, una cámara de racha debe activarse en consecuencia, de manera similar a un osciloscopio .
Tipos mecánicos
Las cámaras de rayos mecánicos utilizan un espejo giratorio o un sistema de rendija móvil para desviar el haz de luz. Están limitados en su velocidad máxima de escaneo y, por lo tanto, en su resolución temporal. [2]
Tipo optoelectrónico
Las cámaras de rayos optoelectrónicas funcionan dirigiendo la luz hacia un fotocátodo , que cuando es golpeado por fotones produce electrones a través del efecto fotoeléctrico . Los electrones se aceleran en un tubo de rayos catódicos y pasan a través de un campo eléctrico producido por un par de placas, que desvía los electrones hacia los lados. Modulando el potencial eléctrico entre las placas, el campo eléctrico se cambia rápidamente para dar una desviación de los electrones que varía con el tiempo, barriendo los electrones a través de una pantalla de fósforo en el extremo del tubo. [3] Se utiliza un detector lineal, como un dispositivo de carga acoplada (CCD), para medir el patrón de rayas en la pantalla y, por lo tanto, el perfil temporal del pulso de luz. [4]
La resolución de tiempo de las mejores cámaras de racha optoelectrónicas es de alrededor de 180 femtosegundos . [5] La medición de pulsos más cortos que esta duración requiere otras técnicas como la autocorrelación óptica y la compuerta óptica resuelta en frecuencia (FROG). [6]
En diciembre de 2011, un equipo del MIT publicó imágenes que combinaban el uso de una cámara de rayas con pulsos láser repetidos para simular una película con una velocidad de fotogramas de un billón de fotogramas por segundo. [7] Esto fue superado en 2020 por un equipo de Caltech que logró velocidades de cuadro de 70 billones de fps. [8]
Ver también
- Acabado fotográfico , que utiliza una versión mucho más lenta pero bidimensional de una cámara que mapea el tiempo en una dimensión espacial
- Femto-fotografía
Referencias
- ^ "Hamamatsu: tutoriales interactivos de Java - cámara de racha" . Consultado el 15 de octubre de 2006 .
- ^ Cuerno, Alexander (2009). Metrología de materiales ultrarrápida . John Wiley e hijos. pag. 7. ISBN 9783527627936.
- ^ Mourou, Gerard A .; Bloom, David M .; Lee, Chi-H. (2013). Picosecond Electronics and Optoelectronics: Proceedings of the Topical Meeting Lake Tahoe, Nevada, 13-15 de marzo de 1985 . Springer Science & Business Media. pag. 58. ISBN 9783642707803.
- ^ "Guía de cámaras de racha" (PDF) . Consultado el 7 de julio de 2015 .
- ^ Akira Takahashi et al .: "Nueva cámara de racha de femtosegundos con resolución temporal de 180 fs" Proc. SPIE 2116, Generación, amplificación y medición de pulsos láser ultracortos, 275 (16 de mayo de 1994); doi : 10.1117 / 12.175863
- ^ Chang, Zenghu (2016). Fundamentos de la óptica de attosegundos . Prensa CRC. pag. 84. ISBN 9781420089387.
- ^ "Cámara de seguimiento de luz de billones de fotogramas por segundo del MIT" . Noticias de la BBC. 2011-12-13 . Consultado el 14 de diciembre de 2011 .
- ^ Wang, Peng; Liang, Jinyang; Wang, Lihong V. (29 de abril de 2020). "Imágenes ultrarrápidas de un solo disparo que alcanzan 70 billones de fotogramas por segundo" . Comunicaciones de la naturaleza . 11 (1). doi : 10.1038 / s41467-020-15745-4 .