Schnellste Kamera der Welt schafft 100 Milliarden Bilder pro Sekunde

Forscher der Universität Washington haben die nach ihrer Darstellung schnellste 2D-Kamera der Welt entwickelt. Mit einer Technik namens Compressed Ultrafast Photography (CUP) nimmt sie pro Sekunde bis zu 100 Milliarden Lichtbilder auf. Konzipiert wurde sie, um die Erforschung des Lichts voranzubringen, das sich mit rund 300.000 Kilometern pro Sekunde bewegt.

Compressed Ultrafast Photography (Diagramm: Lihong Wang, University of Washington)

„Zum ersten Mal können Menschen Lichtimpulse bei der Bewegung beobachten“, erklärt Projektleiter Lihong Wang. Bisher waren Kameras für 2D-Aufnahmen aufgrund von Chipspeichergeschwindigkeiten und den Eigenschaften von Elektronikchips auf etwa 10 Millionen Aufnahmen pro Sekunde beschränkt. „Da diese Technik die Bildaufnahmefrequenz um mehrere Größenordnungen voranbringt, eröffnen sich ganz neue Sehmöglichkeiten. Neuen Techniken – besonders solchen Quantensprüngen – folgen stets neue Entdeckungen. Wir hoffen, dass CUP der Wissenschaft neue Erkenntnisse ermöglicht – solche, die wir heute nicht voraussagen können.“

Im Mittelpunkt der Technik steht eine Streak-Kamera oder Schmierbild-Kamera, die die Intensität eines Lichtstrahls über die Zeit misst. Bisher waren solche Aufnahmegeräte auf eine Dimension begrenzt. Wang und seinem Team gelang es, sie für zweidimensionale Aufnahmen zu erweitern. Umgeben wird sie von einer Anordnung aus Mikroskopen, Teleskopen und anderen Linsensystemen.

Die von den Linsen eingefangenen Photonen werden durch eine Röhre zu einem etwa münzgroßen Spiegel geleitet, der aus etwa einer Million Mikrospiegeln mit einer Fläche von je 7 Quadratmikrometern besteht. Diese reflektieren die Lichtstrahlen auf einen Strahlteiler, von dem aus die Photonen in die Öffnung der Streak-Kamera eintreten. Dadurch werden aus Photonen Elektronen, die sich mit Elektroden messen lassen, sodass aus der Zeitachse eine räumliche wird und 2D-Aufnahmen möglich sind.

Die Rohdaten werden anschließend in einem CCD gespeichert und an einen Computer gesandt, der daraus ein Bild generieren kann. Eine ausführliche Projektbeschreibung findet sich in der Zeitschrift Nature.

Die Kamera ist unter anderem für die Biomedizin intendiert, aus der die Erfinder stammen. Dort lassen sich damit etwa fluoreszierende Proteine visualisieren. Es sind aber auch noch ganz andere Einsatzgebiete denkbar: „Kombiniert man CUP mit dem Hubble-Teleskop, hat man die größte räumliche Auflösung durch das Hubble und die zeitlich höchste durch CUP. Diese Kombination muss zwangsweise neue Erkenntnisse liefern“, sagt Wang.

[mit Material von Michelle Starr, News.com]