「瞬間」から「その後」までを1回で撮る超高速カメラを開発 ―撮影間隔を自在に変え、5桁にわたる時間スケールをつなぐ―

2026-10-01 東京大学

東京大学の研究チームは、超高速現象の初期からその後の変化までを一度に記録できる新しい高速度撮影法「対数的超高速撮影法」を開発した。従来は撮影間隔を一定にすると、フェムト秒級の瞬間的変化を詳しく撮影するほど、その後のナノ秒級の現象を同時に記録できなかった。そこで、現象の初期には撮影間隔を密にし、時間経過とともに間隔を広げる方式を採用。さらに、光の波長ごとに光路長を変えて到達時刻を制御する光学技術「BRIDGE」を開発し、11コマで100フェムト秒から10ナノ秒まで約5桁の時間スケールをつないだ。ガラスやハイドロキシアパタイトへのフェムト秒レーザー照射で、プラズマ生成から衝撃波、物質飛散までを一連の過程として可視化することに成功した。レーザー加工、材料科学、プラズマ、生体力学など、再現が難しい高速現象の計測への応用が期待される。

「瞬間」から「その後」までを1回で撮る超高速カメラを開発 ―撮影間隔を自在に変え、5桁にわたる時間スケールをつなぐ―
広い時間領域をつなぐ対数的高速撮度影法の概念図

<関連情報>

バンド分解された個別の遅延生成による対数超高速撮影 Logarithmic ultrafast photography with band-resolved individual delay generation

Keitaro Shimada, Kohei Azuma, Jun Horiuchi, Dylan Thomas, Masato Ota, and Keiichi Nakagawa
Optica  Published: September 25, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.610944

Abstract

Ultrafast light–matter interactions span femtosecond-to-nanosecond timescales, yet existing single-shot imaging lacks independently configurable frame allocation across logarithmically separated temporal regimes. Here, we introduce logarithmic ultrafast photography, which distributes a limited number of frames nonuniformly across widely separated temporal regimes. We realize this concept using band-resolved individual delay generation (BRIDGE), which sequentially extracts discrete wavelength bands through angle-dependent filter transmission and assigns each band an independently adjustable free-space delay without dispersive pulse stretching. Implemented in temporal-wavelength-division imaging, BRIDGE generated 11 frames with approximately 260 fs exposure, a minimum interval of 600 fs, and configurable delays of up to 10 ns. We demonstrate its use for surveying ablation dynamics across timescales, revealing that material- and excitation-dependent differences became prominent in the nanosecond regime. In water, logarithmic imaging showed that picosecond excitation strengthened and expanded a localized femtosecond-triggered breakdown response before producing a compact asymmetric shock wave.

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