Движение импульса света лазера сняли на камеру

Видимые лучи лазерного света, пронизывающие пространство, являются непременным атрибутом научно-фантастических фильмов, в которых демонстрируются сцены масштабных космических баталий. На самом деле все обстоит совершенно иначе, эти лучи очень трудно увидеть даже в воздухе, а в вакууме безвоздушного пространства они должны быть абсолютно невидимыми. Для того, чтобы получить возможность увидеть любой свет необходимо, чтобы его фотоны попали прямо в глаза человека. А так как фотоны лазерного света передвигаются только в одном направлении в пределах узкого луча, их можно увидеть только в том случае, если они отразятся от чего-либо, к примеру, от молекул воздуха.

Рассеивание лазерного света молекулами чистого воздуха слишком слабо для того, чтобы на это смогли среагировать светочувствительные нервные окончания сетчатки глаза. Из-за этого во время лазерных шоу в помещение запускают дым или пар, который рассеивает гораздо большее количество фотонов, делая лучи лазеров хорошо видимыми. «Мы же попытались и нам удалось увидеть свет лазера, который просто «проходит» мимо и на него не оказывается никаких дополнительных воздействий» — рассказывает Женевьева Гэрипи (Genevieve Gariepy), ученая из университета Хериот-Уотта (Heriot-Watt University), Эдинбург, Великобритания.

Для того, чтобы получить возможность увидеть свет лазера ученые создали камеру с невероятно чувствительным датчиком, который способен уловить то небольшое количество фотонов, рассеиваемое молекулами чистого воздуха, и с высокой точностью зарегистрировать время их прибытия. Датчики были сформированы в виде матрицы 32 на 32 элемента, а их четкая синхронизация позволила достичь огромной скорости съемки, которая равнялась 20 миллиардам кадров в секунду.

Объектив сверхскоростной камеры был обращен в сторону сцены, на которой были установлены зеркала, отражающие свет импульсов лазера. Для съемки короткого видеоролика потребовалось около 2 миллионов импульсов лазера, которые были произведены в течение 10 минут. Последующая обработка отснятого материала позволила отфильтровать посторонние шумы, оставив лишь картину движения импульса, сформированную фотонами лазерного света, рассеянного молекулами воздуха.

«Так, буквально кадр за кадром, мы собрали всю картину перемещения импульса лазерного света через оптическую систему» — рассказывает Женевьева Гэрипи, — «Только для улучшения восприятия нам пришлось наложить полученное видео на фоновое изображение, снятое обычной камерой, и окрасить свет в зеленый цвет для того, чтобы он соответствовал истинному цвету лазерного света».

Данный эксперимент начинался ученым как чисто исследовательский проект. Но они считают, что такая камера может использоваться и на практике, к примеру, для изучения свойств и поведения короткоживущей ионизированной плазмы и других быстропротекающих процессов.