Foton, najmniejsza cząstka światła, może już zostać sfotografowana.

Stworzenie tak zaawansowanego sprzętu nie było łatwe i wymagało 15 lat badań. Profesor Edoardo Charbon, szef zespołu naukowego z Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL), wyjaśnia, że skonstruowanie aparatu nazwanego MegaX możliwe było dzięki analizom pojedynczych fotonowych diod lawinowych (SPAD). Badania te doprowadziły do powstania pierwszego na świecie aparatu o milionie pikseli. Odkrycia zostały precyzyjnie opisane w magazynie „Optica".

Zwolnij, żeby zobaczyć

Fotony, czyli najmniejsze cząstki światła, niewidoczne dla ludzkiego oka, mogą teraz zostać policzone i pokazane. Normalnie ludzkie oko jest w stanie dostrzec tylko ich wiązkę, wykorzystywaną np. we wskaźnikach laserowych. Urządzenie MegaX może filmować trajektorię pojedynczych fotonów w tych promieniach światła. Wyświetlane na pokazach wideo wyglądają jak spadające gwiazdy.

Stworzony aparat jest też niezwykle szybki. Potrafi zrobić aż 24 tys. zdjęć na sekundę. Dla porównania: na potrzeby kina filmy kręci się z szybkością 24 klatek na sekundę. Dlatego też, jak twierdzi prof. Charbon, aby obejrzeć ruch poszczególnych fotonów, trzeba było spowolnić prędkość nagranego filmu 300 razy.

MegaX ma także inne zalety: bardzo duży zakres dynamiczny i możliwość tworzenia w bardzo krótkim czasie prezentacji 3D. Można więc go używać w zastosowaniach wykorzystujących rzeczywistość wirtualną i rozszerzoną.

Zmniejszenie piksela

Działanie aparatu można łatwo opisać. Przechwytuje on pojedyncze fotony i przekształca je w sygnały elektryczne przechowywane w cyfrowym systemie pamięci. Proces wychwycenia fotonów trwa jedną nanosekundę. MegaX może też wykryć moment, w którym foton uderza w czujnik, i wyliczyć, ile czasu zajęła mu podróż od obiektu, który go wyemitował.

– Ta zdolność i możliwość uchwycenia miliona pikseli jednocześnie sprawia, że możemy generować obrazy 3D – twierdzi Charbon.

Niestety skonstruowany aparat ma też swoje wady. Podczas gdy zwykłe, dostępne obecnie aparaty mają piksele o rozmiarze 0,9 µm, w MegaX jest on 10-krotnie większy. Zespół badawczy dostał więc nowe zadanie: opracowanie takiego sprzętu, w którym piksel będzie miał rozmiar 2,2 µm.

fot. EPFL