Какие могут быть проблемы с использованием лазера в качестве источника вспышки для высокоскоростной фотографии?

Question

Мне интересно сфотографировать последовательность фотографий для высокоскоростного события (столкновение двух цилиндрических объектов при скорости 300 м / с).

Поскольку у меня нет ресурсов для высокоскоростных камер, серийных камер или чего-либо подобного, я бы хотел построить четыре камеры-обскуры и использовать быструю направленную (скажем, 100 нс) вспышку для «захвата» события. Одним из требований мероприятия является то, что весь аппарат находится в вакууме, поэтому использование традиционных технологий довольно рискованно. С другой стороны, я могу (относительно дешево) использовать зеленый лазер в этой установке и всю оптику, необходимую для изменения геометрии лазерного луча. Есть ли примеры использования лазера в качестве точного источника вспышки для фотографии? Есть ли какие-либо внутренние проблемы с этим типом установки?

Answer 1

Есть ли примеры использования лазера в качестве точного источника вспышки для фотографии?

Да. Лазерные источники света используются в качестве «вспышки» длительностью до пары фемтосекунд. Однако это не та установка, которую я бы назвал источником вспышки для фотографии , и при этом она не может быть легко и дешево собрана на обычной скамейке любителей. Например, Thorlabs предлагает готовый такой фемтосекундный лазер источник.

Есть ли какие-либо внутренние проблемы с этим типом установки?

• спекл, созданный самим лазером (также отмеченный в комментарии Криса Х), который выглядит следующим образом и создает зернистый вид вашего объекта:

Спекл может быть уменьшен с помощью «глушителя» (устройство, которое вибрирует перед лазерным лучом и смягчает спекл)

• управление и запуск лазера для создания краткой вспышки света, которую вы ищете; лазерный диод в некотором роде похож на светодиод, но он гораздо более чувствителен к электростатическому разряду и не может быть перегружен даже в течение короткого времени (что может сделать много светодиодов, хотя это сократит срок их службы). Ваши объекты летят со скоростью 300 м / с, что близко к скорости звука, это может быть очень быстро в зависимости от коэффициента увеличения вашей системы визуализации, следовательно, я предполагаю, что ваша вспышка длительностью 100 нс. Переход к электронике, необходимый для этого, может выходить за рамки фото SE.
• производит расширенный луч света, размер которого по крайней мере равен вашему объекту. Для этого вам понадобится расширитель луча, в этом документе из Ньюпорта показано, как его создать, вы также можете купить его у edmund optics или torlabs .

Answer 2

Камера-обскура даст вам в первую очередь множество интерференционных колец с лазером. Попробуйте навести на него лазерную указку.

Так что вам, возможно, придется как-то «декогерентировать» его или принять это во внимание при настройке.

Answer 3

к сожалению ваш вопрос не очень точный. Допустим, у вас есть событие во времени и пространстве, которое вы хотите сфотографировать. Проблемы:

1. находясь в точно правильной точке в пространстве
2. сфотографировали в нужный момент

Хорошо, давайте посмотрим на номер один. Скажите, что это дано, поскольку камеры должны быть исправлены. Это серьезное осложнение, что это должно быть в вакууме. Технически говоря, чтобы поставить коммерческую камеру в вакуум, требуется резервуар большого объема. В зависимости от силы вакуума, вы можете столкнуться с некоторыми запечатанными частями камеры, которые могут нанести разрушительный удар из-за слишком большого перепада давления. Это включает в себя потенциальный объектив, который я бы порекомендовал для получения четкого изображения. Номер два становится настоящим убийцей. Положение фиксировано, поэтому все должно происходить во временной области. Допустим, синхронизация экспозиции на конце камеры решена (например, открыть затвор, закрыть после экспозиции). Тогда время вспышки становится всем. Допустим, у вас есть 1-сантиметровое окно в космосе, где вы можете сделать достаточно качественное изображение. Для объекта, который движется со скоростью 300 м / с, это дает примерно триггерное окно в 1/30000 с, или около 30 микросекунд. С точки зрения электроники это не очень быстро. Но ваша вспышка загорается только на 100 нс, что немного сложнее. Обычные лазеры не позволят вам сделать это с точки зрения включения и выключения. Таким образом, вам нужен какой-то лучевой затвор для лазера - но 100 нс кажется довольно быстрым, даже если у вас только очень узкий лазерный луч в положении затвора.

В принципе это должно быть возможно. Но я думаю, что есть две трудности. Сначала вам придется решать механические проблемы, все происходящее в вакууме. Может быть, просто сделать окно, чтобы посмотреть снаружи? Более сложной проблемой является точная синхронизация, поскольку вам нужно синхронизировать как минимум три системы: ваш интересующий объект находится в том месте, где вы хотите, система лазерной вспышки и все, что между ними.

Конечно, вы можете сделать это также так: http://flash.desy.de/