Lazerio fotonai keliauja labai smarkiai fokusuotu spinduliu, visi kartu ir viena kryptimi, todėl galime pamatyti tik atspindžius, kuomet lazerio spindulys į ką nors atsimuša ir spinduliai išsklaidomi, o dalis jų patenka į mūsų akis ir mes pamatome tašką ant lazerio spindulį atspindinčio objekto. Arba nesėkmės atveju pamatyti visą lazerio spindulį. Po vieną kartą kiekvienai akiai – ne daugiau.
Mažutė lazerio spindulio srautu lekiančių fotonų dalis atsispindi nuo oro, kuriuo keliaujama, molekulių, tačiau įprastai tų išsibarstančių fotonų kiekis toks menkas, kad jo įžiūrėti praktiškai neįmanoma. Lazerio spinduliai geriau matomi, kai jie leidžiami per dūmus – terpėje, kuria sklinda spindulys, atsiranda daugiau fotonus išsklaidančių molekulių. Tiesa, filmuose mes matome tikrai ne tai – paprastai spinduliai sklinda beoriu vakuumu.
„Mūsų iššūkis buvo nufilmuoti šviesą, judančią oru. Norėjome pažiūrėti į šviesą jos netrikdydami, tik žiūrėdami, kaip ji keliauja“, – sakė Heriot-Watt universiteto Edinburge (Jungtinė Karalystė) mokslininkė Genevieve Gariepy.
Vykdant šį darbą ji ir kolegos sukonstravo kamerą, kurios jautrumas buvo pakankamas, kad užfiksuotų ir tą nedidelį kiekį ore išsiblaškančių fotonų. Ji sudaryta iš detektorių masyvo, kurį sudaro 32 x 32 jutiklių tinklelis. Kiekvienas šio masyvo jutiklis ypatingai tiksliai registruoja laiką, kai į juos atsitrenkia fotonas – tokios kameros fotografavimo greitis prilygsta 20 mlrd. kadrų per sekundę.
Kelio nušvietimas
Mokslininkai savo kamerą pastatė skersai žalią šviesą skleidžiančio lazerio spindulio kelio – lazeris spindulį paleido į veidrodžių seriją. Per 10 minučių laikotarpį paleidus 2 milijonus impulsų ir atmetant foninį triukšmą, mokslininkai sugebėjo atrinkti pakankamai nuo oro atsispindėjusių fotonų, kad atsektų lazerio impulso kelią nuo šaltinio ir atsimušinėjant tarp veidrodžių.
„Gavome vaizdą, kuriame kadras po kadro matome, kaip šviesa juda per mūsų sistemą“, – sakė G. Gariepy. Jos grupės sukurtame vaizdo įraše vaizdas, kuriame užfiksuota fotonų pozicija, yra uždėtas ant foninės fotografijos, užfiksuotos įprastiniu fotoaparatu. Fotonai nudažyti žaliai, kad atitiktų lazerio šviesą.
Eksperimentą mokslininkai pradėjo kaip grynai akademinį iššūkį, tačiau G. Gariepy mano, jog jų kamera galėtų būti pritaikoma ir praktiškai. Kito eksperimento metu ji ir kolegos filmavo fokusuotą lazerį, kuriuo buvo jonizuojamos oro molekulės ir generuojama plazma. G. Gariepy sako, kad panaši sistema leistų žmonėms studijuoti plazmos savybes, nes suteiktų galimybę stebėti plazmos evoliuciją laikui bėgant.
Be to, kameros tikslumas (laiko požiūriu) gali būti naudojamas fotonų nukeliautam atstumui matuoti. Jau dabar ši savybė yra naudojama fotografavimui „už kampo“. Bet, anot G. Gariepy, naudojant ankstesnes technologijas fotografavimas „už kampo“ trunka valandomis. Jos ir kolegų sukurta kamera tą patį galėtų atlikti per kelias sekundes.
Išsamiau apie šį tyrimą galima perskaityti čia.
