想象一下在飞秒或万亿分之一秒内发生的动作：原子跃迁、电荷转移和动力学、生化过程。现在想象一下能够记录该动作，以便对其进行更详细的研究。

普渡大学的工程师正在开发一种正在申请专利的工具，学术界和工业界的科学家可以使用该工具比传统技术更好地记录这些超快动作。

传统条纹相机及其缺点

传统的电子条纹相机对于记录仅持续皮秒或万亿分之一秒的现象至关重要。普渡大学埃尔莫尔家庭电气与计算机工程学院的博士后研究员科尔顿·弗鲁林说，科学家们通过将光转换为电子，然后将它们“划过”探测器以形成图像来开发这些相机。

“将电子想象成从软管中流出的水，将探测器想象成干燥的路面，”弗鲁林说。“如果一个人快速将软管拉到一边，软管移动之前的水继续笔直前进;运动过程中流出的水则位移到一边。这样，从软管流出的水在不同的时间落在人行道上的不同位置。

“如果有人想要快速测量某些东西，例如，一个人将手切入水中，科学家可以观察没有被水淋到的人行道，并测量其长度，从而计算出手移动的速度。”

然而，使用当今最快的电子电路的传统电子条纹相机也有缺点。弗鲁林说，最大的问题是他们的时间有限。

“有些过程发生在100飞秒或更短的时间内;飞秒是万亿分之一秒，”Fruhling说。“但是今天的商用电子条纹相机只能解析600到800飞秒。整个物理世界持续了飞秒，甚至是阿秒，或者十亿分之一秒，这是未被发现的。”

改进传统条纹相机

Fruhling表示，普渡大学的条纹相机采用全光学机制，有可能将这一过程加快10,000至100,000倍。该研究由鲍勃和安妮·伯内特电气与计算机工程杰出教授弗拉基米尔·M·沙拉耶夫(VladimirM.Shalaev)领导。AlexandraBoltasseva，Ron和DottyGarvinTonjes电气与计算机工程杰出教授;亚历山大·V·基尔迪舍夫(AlexanderV.Kildishev)，埃尔莫尔家族电气与计算机工程学院教授。

普渡大学正在申请专利的创新使用了一种称为ε-近零材料的材料。

“二次光脉冲改变了它们的光学特性。这意味着该方法完全是光学的，不受传统条纹相机中使用的电子电路的限制，”弗鲁林说。

“这项技术可以被想要研究原子跃迁等超快过程的物理学家和工程师、研究反应中电荷转移的化学家以及想要研究蛋白质折叠的生物学家使用。它也可以被那些想要研究蛋白质折叠的公司使用。”下一代计算机芯片的电荷动力学。”

弗鲁林表示，研究团队已经创建了该设备的每个组件，并分别进行了测试。

“我们已经证明，光学特性可以在大约100飞秒内发生巨大变化，”Fruhling说。“从实验结果来看，我们可以将所得的裸奔性能模拟为大约5阿秒，这比快了100,000倍。这些测试已经过模拟，最终的实验正在设计中。”

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