你所知道的最黑的黑科技是什么？

谢邀。

高票回答中提到了飞秒成像技术，使我们可以观察到光脉冲的传播轨迹。我来补充解释一下到底是什么黑科技，才能实现恐怖的每秒百亿千亿帧的成像。

1、条纹相机

这项黑科技叫做“条纹相机(Streak camera )”，听起来很玄妙，实际原理并不难理解，因为它并不是传统意义上的相机，反而更像是一个示波器。

示波器是生活中常见的仪器设备，它的基本设计理念与老式显像管电视机类似，通过周期变化的扫描电场将不同时间出射的电子转移到显示屏不同的位置，因此可以实现将输入信号按时间分离的目的，时间分辨率取决于扫描速度。但扫描常用的电场和磁场对光子并不起作用，因此科学家设计了一种特殊的光电结合的方式实现这一目的。

条纹相机原理图 ( Universal streak camera)

上图是一台典型的条纹相机的原理示意图。外界输入的光信号随时间进行变化，当光信号透过狭缝和透镜系统后，到达光电阴极。由于光电效应，会使得光电阴极（Photocathode）出射与光子量成正比的电子。电子在电场中被加速（该示意图中被横向从左向右加速），到达电子倍增器（MCP），轰击荧光屏或CCD，使得该信号被观察和记录。

最关键的一点是，在电子从光电阴极到电子倍增器的过程中会经过一段扫描电极（sweep electrode）的区域，该区域会产生一个沿竖直方向的扫描电场。当该扫描电场的大小和方向变化时，电子到达电子倍增器的位置就会变化。因此若是将扫描电极的电场以一定的频率周期变化，则会实现“光学示波器”的功能。

所以条纹相机记录的并不是物体的像，而是输入的光子量随时间的变化。要计算出物体的形状与轮廓，需要结合实际光路进行反演。

2、单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diodes, SPAD)相机

光电二极管是一种常见的光敏探测器件，它通过将光转化为电流或电压信号的方式，来对光信号的变化进行记录。一般的光电二极管灵敏度不高，当光强低到一定程度，信号就会被噪声淹没。

雪崩二极管则通过在PN结中加很高的反向偏置电压，使得光子激发出的电荷载流子被加速并获得足够的能量，与晶格产生碰撞产生更多的二次电荷载流子。这些新产生的载流子再次被加速，再次撞击产生更多的载流子，使得一个非常小的光信号能够产生非常大的电流脉冲。这个过程就像是雪崩，因此被形象地称为“雪崩二极管”。（其实数学上也有点像核弹的链式反应过程）

当雪崩二极管的探测灵敏度达到单光子级别，就可以称其为“单光子雪崩二极管”，这样每个光子激发出的电信号都被可以被记录。可以看出，雪崩的这个过程若是不加以抑制，那么最终会烧毁探测器。因此单光子雪崩二极管要配合专门设计的电路来使用，使得信号既能够被探测到，又可以抑制并淬灭这个电流，“刷新”雪崩二极管，使其恢复原始状态，为探测下一个光子的信号做好准备。这个电路就叫做“淬灭-恢复电路”。

因此这个电路对SPAD的刷新速率决定了其整体的探测速率，目前已经能够实现每秒百亿帧的记录速度。而且比起一般只能探测一维光场的条纹相机，SPAD是可以组成二维阵列的，能够真正“成像”。

比如下图探测角落背后物体的实验，就是通过SPAD相机实现的：

Detection and tracking of moving objects hidden from view