糖心破解版

科学において高速撮影は动的现象を研究する极めて有用な手法です。しかしながら、既存の高速度カメラは机械的?电気的动作の限界から撮影速度がナノ秒に制限されており、ピコ秒やフェムト秒といった超高速な动的现象を捉えることが困难です。一方で、より高速な现象の疑似的动画を得る手法としてポンプ?プローブ法がありますが、この手法は动画をつくるために繰り返し撮影が必要であり、一度きりしか起こらない非反復的な现象を捉えられません。

a © 2014 Keiichi Nakagawa., b Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Photonics 10.1038/nphoton.2014.163, copyright 2014
a, 異なる時間スケールでの動的現象。
既存の高速度カメラは机械的?电気的动作の限界から撮影速度がナノ秒に制限されていた。これに対し厂罢础惭笔カメラはこれまで捉えることができなかったナノ秒以下の领域を捉えられる。本手法はナノ秒以下の超高速で复雑な动的现象を探索し、新しい分野を切り拓くことが期待される。
b, フォノン?ポラリトンの形成と伝播の様子。
水平方向に超短パルスレーザーを線集光し、フォノンパルスを発生させた。（挿入図上）線集光されたレーザー光が複雑な電子応答と格子振動を誘起し、次第にフォノンパルスが形成される様子。（挿入図下）パルスが画像下方から上方へ光速の約6分の1という速度で伝わっていく様子。上下の撮影結果はともに平均フレームレート4.37 Tfps（4.37兆分の1秒毎に1フレーム）で画像を取得したもの。

今回、東京大学大学院理学系研究科／日本学術振興会の中川桂一特別研究員、同大学院工学系研究科の佐久間一郎教授、慶應義塾大学理工学部の神成文彦教授、東京大学大学院理学系研究科／カリフォルニア大学ロサンゼルス校の合田圭介教授らは、様々な色の光を用いて動的現象の像を空間的にばらけさせ、そのあとで時間的に動画として再構成するという、既存の高速度カメラとは異なる動作原理に基づく超高速撮影法を提案し、実証しました。この手法はSequentially Timed All-optical Mapping Photography （STAMP）と呼ばれ、スタンプが押されるように、撮影対象の像が全光学的プロセスを通じて次々とイメージセンサーに入力され、取得されます。この原理を実証するため6枚の連続画を取得するシステムを立ち上げ、65.4 Gfps（15.3ピコ秒に1フレーム）の撮影速度にてレーザーアブレーションを、1.23 Tfps および4.37 Tfps（それぞれ812フェムト秒、229フェムト秒に1フレーム）という撮影速度にてフォノン?ポラリトンの超高速な動的現象を一度の撮影（シングルショット）で連続的に取得することに世界で初めて成功しました。

本手法は、従来手法では捉えることができなかったナノ秒以下の超高速で复雑な动的现象を、连続画としてシングルショットで可视化することができます。また、本手法は巨视的なものから微视的なものの観察まで幅広く适用することが可能です。具体的には、生体组织?细胞での衝撃波伝播过程の解析、化学反応、プラズマ现象、物质中の电子や热の移动、スピン波や光の伝播などさまざまな超高速现象を観察できる可能性を持ち、基础科学研究において今后、多くの未知の现象の発见や解明に贡献することが期待されます。

论文情报

Keiichi Nakagawa, Atsushi Iwasaki, Yu Oishi, Ryoichi Horisaki, Akira Tsukamoto, Aoi Nakamura, Kenichi Hirosawa, Hongen Liao, Takashi Ushida, Keisuke Goda, Fumihiko Kannari & Ichiro Sakuma,
“Sequentially timed all-optical mapping photography (STAMP)” ,
Nature Photonics Online Edition: 2014/8/11 (Japan time), doi: 10.1038/nphoton.2014.163.
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