摘要：研究人员已经开发出了一款超过1兆帧/秒的高速摄像头，其速度比传统高速摄像头快了一千倍以上。

日本研究人员开发了一款名为STAMP的高速摄像技术，其速度超过1兆帧/秒。
图为实验室内的摄像头原型。

版权：东京大学（University of Tokyo）Keiichi Nakagawa

利用激光脉冲激发晶格，冲击原子的波可以接近光速1/6（即28,000米/秒）的速度穿过材料。现在，科学家已经可以利用单个工具拍下如此超高速运动的图像。

日本研究人员已经开发出了一款新型的高速摄像头，其速度可达1兆帧/秒以上。该速度比传统高速摄像头快了不止一千倍。该摄像技术取名为STAMP，意思是依次定时全光学测绘摄影（Sequentially Timed All-optical Mapping Photography），“为各种先前无法考察的复杂超快现象的研究带来巨大的希望”。东京大学Keiichi Nakagawa研究员这样说到。该摄像头由其和一个日本研究机构小组的同事一起开发而成。

传统高速摄像头的速度受其机械及电气部件处理速度的限制。STAMP只使用快速的光学元件，克服了这些限制。

另一种称为泵浦探测（pump-probe）的光学成像技术能够以高于STAMP的速度拍摄图像，但其每次只能捕捉一帧，这限制了它只能用于处理完全可重复的过程。

“许多物理和生物现象难以再现，”Nakagawa说，“这激励了我开发一种可单次拍摄多帧图像的超快摄像头。”

Nakagawa在硕士阶段研究声激波如何改变活细胞，在这阶段就需要这样的一个摄像头。科学家认为可能由声波引起的机械应力有可能增加骨头和血管的生长，但没有能够捕获像声波穿过细胞的如此快速的瞬态动力学图像。

“因为没有合适的技术，因此我决定以开发一种新的高速成像技术作为我的博士课题。”Nakagawa说。

STAMP基于光的色散，就是我们在雾蒙蒙的天空中观察到的将太阳光分散成彩虹的现象。同样的，STAMP将光的超短脉冲分裂成一连串不同颜色的极速交替击中成像物体的闪光。接着，每个单独的彩色闪光被分析串联成看起来物体好像逐渐移动的动态图像，它通过分散光脉冲来穿过器件。

2014年8月，研究人员将STAMP第一次迭代结果发表于Nature Photonics上，其中摄像头单次拍摄的帧数控制为6。

目前，研究团队正努力将STAMP系统提高到可获得25张序列图像的水平。Nakagawa相信目前的技术最终能够将帧数提高到100。

Nakagawa指出，由于STAMP建立在所有不同颜色的子脉冲以相同的方式与成像物质相互作用，所以摄像头本不应该用于那些光学特性变化超过STAMP采用的波长范围的图像样本。

即使知道了STAMP的局限性，该技术还是具有巨大的潜力，Nakagawa说。他的团队已经用它拍摄铌酸锂晶体的电子运动和晶格振动图像，并用于观察聚焦于玻璃板上的激光如何产生热的、迅速扩大的等离子羽流。

Nakagawa指出，该摄像头第一次用于探索一大系列的超快现象，包括核聚变激光点火（the laser ignition of fusion）、材料相变（the phase transition of materials）、库伦爆炸动力学（the dynamics of a Coulomb explosion），以及能够使少量固体材料爆发成电离热等离子体的强电磁领域（如窄激光束）现象。

“我认为重要的是STAMP有望用于许多我一直无法想象的潜在应用。”Nakagawa说，“我希望更多的研究者对STAMP感兴趣。”

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮