眼睛是人類獲取信息的主要來源,,日常生活中百分之九十以上的信息都是通過視覺來獲取的,。但是人眼的時間分辨能力,只有二十四分之一秒,,超快事件的發(fā)生過程,,遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于該時間尺度的時候,人類眼睛的能力是無法區(qū)分的,。
在自然科學(xué)以及科技生產(chǎn)中,,存在很多超快事件。例如植物的光合作用,,食鹽在水中的溶解,,動物的熒光壽命過程,以及半導(dǎo)體載流子的時間過程,。這些時間過程大多集中在百萬分之一秒,,甚至在億萬分之一秒,如何觀測微觀世界的所作所為,,如何將這種超快事件展現(xiàn)在人類眼睛的面前,,這就需要一種超快診斷工具。
動物的熒光壽命過程(視頻截圖)
放大空間我們可以用放大鏡,要是想放大時間呢,?這就要用到條紋照相機了,!
條紋照相機,是一種測量光脈沖的強度關(guān)于時間的變化的儀器,,也是同時具備超高時間分辨與高空間分辨的科學(xué)測量與診斷儀器,,代表著光電診斷技術(shù)的高水平,而且它有一個有趣的名字叫做“時間放大工具”,。這臺小小的機器涉及到光學(xué),、光電子學(xué)、微電子學(xué),、計算機控制,,精密機械加工,等一系列的交叉學(xué)科,。由于他的性,、先進性,被稱作科學(xué)儀器“皇冠上的明珠”,。
條紋相機(視頻截圖)
條紋相機的程度到達什么地步了呢,?例如一個生命只有一秒鐘的生物,拍攝它從生到死的整個生命過程,,再用人眼肉眼可分辨的時間來播放,,時間大概需要上萬億個小時!包括超快速飛行的子彈,,肉眼或一般的記錄儀器是無法記錄到這種超快過程的,,但是用條紋相機拍攝的話,就像靜止在眼前一樣,,飛行過程中的所有動態(tài)姿勢,,都可以被記錄下來,。
這種把時間放大的工具,,是通過“時空轉(zhuǎn)換”實現(xiàn)的,即把時間信息轉(zhuǎn)換為空間信息,。例如當(dāng)一群人走進一個房間,,如果不分先后順序的擠在一塊的時候,我們是無法知道每個人是什么時間什么時候進入這個房間的,。
如果做這樣的規(guī)定:進入的人個人坐在排的列,,第二個人坐在地一排的第二列,依次排開,,當(dāng)我們看到每一個人所處的位置的時候,,就可以知道這個人進入房間的時間。這就是日常生活中簡單的事件向空間轉(zhuǎn)換的一個方式。
條紋相機的組成部分和制作過程也很精密,,可以簡單的的理解為單反相機里面加了一個條紋片像管,。由經(jīng)典的傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)、條紋管,、后端的記錄CCD三部分組成,,以及控制系統(tǒng)。
(視頻截圖)
如果有一個超快事件發(fā)生的過程,,在A時刻和B時刻通過條紋相機前端的狹縫,,進行取樣,然后經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像在條紋相機的陰上進行光電轉(zhuǎn)化,。當(dāng)這種光子轉(zhuǎn)換為電子的同時,,在控制端加了掃描電路,這種不同時刻進來的光電子,,就會在掃描電壓的偏轉(zhuǎn)上進行空間的分離,,后被CCD記錄。利用這種儀器可以同時獲得光信號的持續(xù)時間和強度的空間分布情況,,這個過程就完成了從時間到空間的轉(zhuǎn)變過程,。
(視頻截圖)
我國高性能條紋相機的成功研發(fā),打破了上的壟斷,,標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能條紋相機進入實用化水平,,對國家戰(zhàn)略高技術(shù)及前沿科學(xué)領(lǐng)域的需求具有其重要的戰(zhàn)略性推動作用。
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轉(zhuǎn)自:科學(xué)大院
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