Projektbeschreibung
Ein „Film“, erstellt aus einer einzigen Aufnahme, erreicht Präzision im Nanometerbereich
Ein tieferes Verständnis und eine bessere Kontrolle verschiedenster Phänomene, von biologischen Wechselwirkungen bis zum Verhalten von Materialien im Quantenbereich, sind nur mithilfe von Messungen erreichbar, die sowohl zeitlich als auch räumlich gesehen eine äußerst hohe Präzision bieten. Das gilt insbesondere bei Vorgängen, die sich nicht wiederholen, denn hier ist es nicht möglich, mehrere Einzelbilder aufzunehmen und dann einen entsprechenden Mittelwert zu bilden. Die Mitglieder des EU-finanzierten Projekts TIMP erweitern die Möglichkeiten der Mikroskopie, um Abbildungen von äußerst schnellen, nur einmalig auftretenden und transienten Ereignissen mit Nanometerauflösung zu erhalten. Diese Technologie stützt sich auf ein innovatives zeitaufgelöstes Bildgebungsverfahren, das die algorithmische Gewinnung mehrerer Einzelbilder aus einer einzigen Kameraaufnahme ermöglicht. So entstehen „Filme“, die das Objekt nanometergenau abbilden.
Ziel
Ultrahigh-speed microscopy at Tera-scale frames per second frame-rate is essential for various applications in science and technology. In particular, it is critical for observing ultrafast non-repetitive events, for which the pump-probe technique is inapplicable. The spatial resolutions of such microscopes is to date limited to the micrometer scale.
I propose to develop such microscopes with nanometric resolution.
The Tera-scale frames per second frame rate microscopes with nanometric resolution will be based on a new approach for ultrahigh-speed imaging that we recently proposed: time-resolved imaging by multiplexed ptychography (TIMP). In TIMP, multiple frames of the object are recovered algorithmically from data measured in a single CCD exposure of a single-shot ptychographic microscope. The frame rate is determined by the light source (burst of pulses) and it is largely uncoupled from the microscope spatial resolution, which can be sub-wavelength. Also important, TIMP yields movies of both the amplitude and phase dynamics of the imaged object. It is simple and versatile, thus it can be implemented across the electromagnetic spectrum, as well as with other waves.
I aim to develop TIMP-based microscopes, in the visible, extreme UV and x-ray spectral regions with Tera-scale frames per second frame rate and nanometric resolution. We will utilize the unprecedented imaging capabilities in applications, including exploring ultrafast phase transitions, ultrafast dynamics in nanostructures, and tracking the spatiotemporal dynamics during passive mode-locking build-up in lasers and Kerr micro-resonators.
This program, if successful, will bring the field of imaging into a new era, where ultrafast dynamics of non-repetitive transient complex-valued objects can be viewed at nanometric resolution.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
32000 Haifa
Israel