Snabbaste kameran fångar ljuset

Hur kort är en femtosekund? Det kan man fundera på, och samtidigt föreställa sig en kamera som med skärpa kan fånga förlopp som sker på den tidsskalan: 0,000000000000001 sekunder. En miljondel av en miljarddels sekund.

Forskarna Elias Kristensson och Andreas Ehn har lyckats med att utveckla en sådan kamera. De är verksamma vid avdelningen för förbränningsfysik vid Lunds tekniska högskola och intresserad av att förstå exakt vad som sker i till exempel en gasturbin eller i plasma.

– Det har gått att ta enskilda bilder så snabbt. Men vi är intresserade av att se vad som händer i ögonblicket efter det, och efter det, säger Elias Kristensson.

Processerna de vill undersöka är också svåra att upprepa.

– Om vi ska filma en turbulent flamma behöver vi göra det direkt, eftersom vi inte vet hur flamman kommer att se ut nästa gång. Vi har en unik situation i varje ögonblick, säger Andreas Ehn.

En avancerad höghastighetskamera kan ta ett par hundra tusen bilder per sekund. Men forskarna ville filma snabbare. Och kom på ett helt nytt koncept. Det avgörande är att kameran kan ta alla bildrutor till filmen på en och samma gång, i stället för en och en.

Se film om tekniken här:

Varje bildruta är kodad, och i ett första skede lägger de sig i ett gytter ovanpå varandra. Bildrutorna separeras sedan genom en krypteringsnyckel i databehandlingen.

– Vi kom på ett sätt hur vi kan kringgå att bildinformationen från varje bild skulle läsas in innan nästa tas. Då är inte elektroniken begränsande, utan det öppnar för helt andra tidsramar, säger Elias Kristensson.

För att ta bilder av så extremt snabba förlopp krävs att ljusblixten som lyser upp det som ska avbildas är lika snabb. Avdelningen har fått ett anslag från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse på nära 39 miljoner kronor för att utveckla laserdiagnostik för bland annat förbränningsprocesser och plasmaeffekter. En del av anslaget har använts för att köpa in en laser som producerar pulser på femtosekundersnivån.

Med lasern går det också att variera vilken färg som ska användas för varje bildruta, vilket gör att det går att fånga skeenden i kemiska förlopp – olika molekyler i kemin svarar på olika våglängder.

Forskarna värjer sig lite mot att jämföra med de höghastighetskameror som finns.

– Det är egentligen fel att kalla det en ny kamera. Men det är ett nytt koncept för att belysa prov som gör att vi kan skilja sekvenser åt, säger Elias Kristensson.

Forskningen har publicerats i Naturetidskriften Light: Science & Applications, och konceptet är fritt för andra forskare att ta efter.

– Om man har laserutrustningen på sitt laboratorium är det inte jättedyrt att utveckla kameran. Det är rätt standardmässig optisk utrustning. Andra forskare kan bygga upp det här. Hjärtat ligger i metoden, säger Andreas Ehn.