Caltech-Wissenschaftler Lihong Wang hat eine neue Ultrahochgeschwindigkeitskamera entwickelt, die die Bewegung von Lichtwellen durch den Raum in 3D filmen kann. Die beeindruckende Erfindung des Forschers könnte dabei helfen, eines der größten Rätsel der Physik zu lösen.
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© Getty Images/KTSDesign/Science Photo Library
Die von Wang entwickelte Kamera ist eine Verbesserung gegenüber seinem ursprünglichen Kameradesign, das bereits 70 Milliarden Bilder pro Sekunde in 2D einfangen konnte.

Der Wissenschaftler kündigte bereits im Januar seine ursprüngliche CUP-Kamera (Compressed Ultrafast Photography) an, die mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit aufnehmen kann, aber nur flache 2D-Bilder erzeugen konnte.

Während dem Covid-19-Lockdown nutzte Wang die Zeit und entwickelte eifrig eine neue verbesserte Version der Kamera, die Licht auf seinem Weg durch die drei Dimensionen mit einer Rate von 100 Milliarden Bildern pro Sekunde einfangen kann. Zum Vergleich: Die meisten High-End-Smartphonekameras können nur maximal 60 Bilder pro Sekunde aufnehmen.

Mit anderen Worten: Die Kamera, die Wang "single-shot stereo-polarimetric compressed ultrafast photography" (kurz "SP-CUP") getauft hat, kann 10 Milliarden Bilder in weniger Zeit als einem Wimpernschlag aufnehmen.

Indem Wang nachahmte, wie wir Menschen die Welt um uns herum wahrnehmen, hat er der neuen Kamera ein 3D-Element hinzugefügt, das den Bildern Tiefenwahrnehmung verleiht - auf ähnliche Weise, wie unsere Augen es vollbringen.

"Die Kamera ist jetzt in Stereo", sagt er. "Wir haben eine Linse, sie funktioniert jedoch mit zwei Hälften, die zwei versetzte Ansichten aufnimmt. Zwei Kanäle ahmen unsere Augen nach."

Der Computer, der die SP-CUP-Kamera steuert, verarbeitet dann die beiden visuellen Signale zu einem dreidimensionalen Film, ähnlich wie unser eigenes Gehirn visuelle Stimuli aus der Welt um uns herum verarbeitet.

Die Kamera ist so schnell, dass sie auch die Polarisation der Lichtwellen einfangen kann, d.h. die Richtung, in der die einzelnen Wellen der Lichtstrahlung auf ihrem Weg vibrieren.

Wang glaubt, dass die Technologie eine Vielzahl von wissenschaftlichen Anwendungen hat, ist aber am meisten von der Aussicht angetan, dass diese Technologie dabei helfen könnte, das Rätsel um die Sonolumineszenz zu lösen: das Phänomen, bei dem Blasen, die durch Schallwellen in Flüssigkeiten erzeugt werden, Licht abgeben, wenn sie kollabieren.

"Manche Leute halten dies für eines der größten Rätsel der Physik", sagt er. "Der Prozess, der dies geschehen lässt, ist sehr mysteriös, weil alles so schnell passiert, und wir fragen uns, ob unsere Kamera uns dabei helfen kann, es herauszufinden.