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A laser pulse hits a glass sample. In the first 100 femtoseconds, the material starts to change. Within 10 nanoseconds, shock waves run through it and material is ejected. In a laboratory experiment reported in the journal Optica, a team at the University of Tokyo has captured that whole sequence in 11 frames, in a single shot.
Un pulso láser incide sobre una muestra de vidrio. En los primeros 100 femtosegundos, el material empieza a cambiar. En menos de 10 nanosegundos, ondas de choque recorren el material y este expulsa partículas. En un experimento de laboratorio publicado en la revista Optica, un equipo de la Universidad de Tokio ha captado toda esa secuencia en 11 fotogramas, en un solo disparo.
Conventional ultrafast photography works on microsecond (millionths of a second) and millisecond (thousandths of a second) timescales, and takes its images at evenly spaced, or nearly evenly spaced, intervals. That suits events that unfold steadily. It misses the moments where a process changes fastest, because not every important change happens at neatly spaced intervals.
La fotografía ultrarrápida convencional trabaja en escalas de microsegundos (millonésimas de segundo) y milisegundos (milésimas de segundo), y toma sus imágenes a intervalos uniformes o casi uniformes. Eso encaja con los fenómenos que se desarrollan de forma constante. Pierde, en cambio, los momentos en que un proceso cambia más deprisa, porque no todos los cambios importantes se producen a intervalos regulares.
The team, led by associate professor Keiichi Nakagawa of the Department of Bioengineering, spends its frames where the change is fastest. Its method, logarithmic ultrafast photography, places frames closely together at early times and farther apart later. It is implemented in STAMP (sequentially timed all-optical mapping photography) and uses BRIDGE (band-resolved individual delay generation), which extracts wavelength bands one after another and lets each band be timed independently while still being mapped to a specific instant of the process. The outcome is 11 frames covering about five orders of magnitude in time, from around 100 femtoseconds to 10 nanoseconds. Keitaro Shimada, a postdoctoral researcher in the Nakagawa group and lead author, put the goal simply: “We wanted to find a way to connect these very different timescales in a single measurement.”
El equipo, dirigido por el profesor asociado Keiichi Nakagawa, del Departamento de Bioingeniería, concentra sus fotogramas allí donde el cambio es más rápido. Su método, la fotografía ultrarrápida logarítmica, sitúa los fotogramas muy juntos en los instantes iniciales y más separados después. Se implementa en STAMP (fotografía de mapeo totalmente óptico con temporización secuencial) y utiliza BRIDGE (generación individual de retardos resuelta por bandas), que extrae las bandas de longitud de onda una tras otra y permite fijar la temporización de cada banda de forma independiente, asignándola igualmente a un instante concreto del proceso. El resultado son 11 fotogramas que abarcan unos cinco órdenes de magnitud en tiempo, desde alrededor de 100 femtosegundos hasta 10 nanosegundos. Keitaro Shimada, investigador posdoctoral del grupo de Nakagawa y primer autor, lo resumió así: «Queríamos encontrar la forma de conectar escalas de tiempo tan distintas en una sola medición».
For researchers in laser processing, materials science, plasma and shock-wave research, and biomedicine, the gain lies in events that are hard to repeat exactly. Nakagawa argues that “recording the early and later stages of the same event can reveal relationships that might be lost when a sequence is reconstructed from separate experiments.” The team proposes these fields as the main uses. Those remain proposals: the demonstration is on glass and on hydroxyapatite, the mineral of bone and teeth, and no date is given for use beyond the laboratory.
Para los investigadores de procesado láser, ciencia de materiales, investigación sobre plasma y ondas de choque, y biomedicina, la ventaja está en los fenómenos difíciles de repetir exactamente. Nakagawa sostiene que «registrar las fases temprana y tardía de un mismo evento puede revelar relaciones que se perderían si la secuencia se reconstruyera a partir de experimentos separados». El equipo propone estos campos como los principales usos. Siguen siendo propuestas: la demostración se ha hecho sobre vidrio y sobre hidroxiapatito, el mineral de huesos y dientes, y no se indica fecha para un uso más allá del laboratorio.
The limits are concrete. Each measurement is one shot, so each event yields one sequence of 11 frames in this setup. The sources reviewed do not give the image resolution, the cost of the equipment or its footprint, which will decide how far the method can travel out of a specialist lab.
Los límites son concretos. Cada medición corresponde a un solo disparo, de modo que cada evento produce una única secuencia de 11 fotogramas con este montaje. Las fuentes consultadas no indican la resolución de imagen, el coste del equipo ni su tamaño, factores que determinarán hasta dónde puede salir el método de un laboratorio especializado.