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Nanotecnologia

Câmera 3D ultrarrápida filma luz se movendo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/10/2020

Câmera 3D de 100 bilhões de quadros por segundo filma luz se movendo
Um vídeo tridimensional que mostra um pulso de luz laser passando por um meio de espalhamento e ricocheteando em uma superfície reflexiva.
[Imagem: Caltech]

Câmera que filma a luz

Em Maio passado, uma equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia apresentou uma câmera capaz de filmar 70 trilhões de quadros por segundo.

Isso é rápido o suficiente para ver a luz viajando de um ponto a outro como se fosse água escorrendo lentamente por um canal. Contudo, assim como as filmadoras comuns, aquela versão só conseguia produzir imagens planas.

Agora a equipe criou uma versão 3D da sua filmadora ultrarrápida - e, claro, tornou-a ainda mais rápida.

A tecnologia básica é a mesma das outras câmeras de "fotografia ultrarrápida compactada" (CUP: compressed ultrafast photography), mas o novo protótipo é capaz de capturar até 100 bilhões de quadros por segundo. Isso é rápido o suficiente para tirar 10 bilhões de fotos - mais do que uma foto de cada ser humano no planeta - no tempo que você leva para piscar os olhos.

Como se tornou 3D, a técnica ganhou um sobrenome, passando agora a chamar-se "fotografia ultrarrápida compactada estéreo-polarimétrica de disparo único".

"A câmera é estéreo agora. Temos só uma lente, mas ela funciona como duas metades que fornecem duas visualizações com um deslocamento. Dois canais imitam nossos olhos," explicou o professor Lihong Wang.

Assim como nosso cérebro faz com os sinais que recebe dos nossos olhos, o computador que controla a câmera ultrarrápida processa os dados desses dois canais, gerando um filme tridimensional.

Câmera 3D de 100 bilhões de quadros por segundo filma luz se movendo
O efeito 3D foi obtido tratando dividindo a lente em duas para capturar duas imagens deslocadas entre si.
[Imagem: Jinyang Liang et al. - 10.1038/s41467-020-19065-5]

Polarização da luz

A câmera apresenta outra inovação que os olhos humanos não possuem: a capacidade de ver a polarização das ondas de luz.

A polarização da luz se refere à direção em que as ondas de luz vibram enquanto viajam. A luz comum tem ondas que vibram em todas as direções, enquanto a luz polarizada foi alterada para que todas as suas ondas vibrem na mesma direção. Isso pode ocorrer por meios naturais, como quando a luz reflete em uma superfície, ou como resultado de uma manipulação artificial, como acontece com os filtros polarizadores.

Embora nossos olhos não consigam detectar a polarização da luz diretamente, o fenômeno tem sido explorado em uma variedade de aplicações, incluindo telas LCD, óculos de sol polarizados, lentes de máquinas fotográficas e filmadoras, dispositivos que detectam tensões ocultas em materiais e até microscópios capazes de ver as configurações tridimensionais das moléculas.

E a equipe está interessada em desvendar um outro fenômeno, a chamado sonoluminescência. Sem nada a ver com dormir, este é um fenômeno no qual ondas sonoras criam pequenas bolhas na água ou em outros líquidos e, conforme as bolhas colapsam rapidamente após sua formação, elas emitem uma explosão de luz.

"Algumas pessoas consideram este um dos maiores mistérios da física," comentou Wang. "Quando uma bolha colapsa, seu interior atinge uma temperatura tão alta que gera luz. O processo que faz isso acontecer é muito misterioso porque tudo acontece muito rápido, e estamos nos perguntando se nossa câmera pode nos ajudar a descobrir como tudo acontece."

Bibliografia:

Artigo: Single-shot stereo-polarimetric compressed ultrafast photography for light-speed observation of high-dimensional optical transients with picosecond resolution
Autores: Jinyang Liang, Peng Wang, Liren Zhu, Lihong V. Wang
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 5252
DOI: 10.1038/s41467-020-19065-5





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