En kvanteeffekt gør det muligt at udføre infrarøde målinger ved at detektere synligt lys

Ved at væve noget kvanteguide, A*STAR -forskere har opnået noget, der ser ud til at være en modsigelse i termer - ved hjælp af synligt lys til at udføre spektroskopi ved infrarøde bølgelængder. Endnu mere mystisk er, at det synlige lys ikke engang passerer gennem prøven, der måles.

Infrarød spektroskopi bruges i vid udstrækning af kemikere til at identificere kemikalier fra deres unikke 'fingeraftryk' i det infrarøde område. Imidlertid, infrarøde lyskilder, elementer og detektorer har en tendens til at have ringere ydelser og være dyrere end deres synlige lysmodeller.

Nu, Dmitry Kalashnikov ved A*STAR Data Storage Institute og hans kolleger har ramt på en måde at overvinde dette problem og indse det bedste fra begge verdener-ved hjælp af synligt lys til at udføre målinger i det infrarøde område.

De opnåede dette ved at udnytte en kvanteeffekt kendt som forvikling. I dette fænomen, to kvantepartikler (i dette tilfælde lyspartikler kendt som fotoner) er så tæt forbundet, at ændring af en partikels kvantetilstand samtidigt ændrer tilstanden af ​​den anden partikel, også når de to partikler er adskilt i rummet. Dette er den "uhyggelige handling på afstand", som Einstein berømt modsatte sig.

Kalashnikov og hans team brugte en speciel krystal til at skabe et par sammenfiltrede fotoner, en synlig og en infrarød (se billede). Den infrarøde foton passerede gennem en prøve, hvorimod den optiske ikke gjorde det. De to fotoner krydsede derefter ved en anden krystal, og den synlige foton blev detekteret. Da eventuelle ændringer, som prøven inducerede i den infrarøde foton, blev reflekteret i den synlige foton, teamet kunne udlede oplysninger om prøvens infrarøde egenskaber ved kun at måle den synlige foton.

Forskerne demonstrerede potentialet ved denne teknik ved at bruge den til at måle tilstedeværelse og koncentration af kuldioxid i prøver af luft.

"Vi er overbeviste om, at denne metode vil finde en bred vifte af praktiske anvendelser, for eksempel inden for miljøovervågning og sundhedsdiagnostik, «siger Kalashnikov.

"Denne undersøgelse viser, at kvanteoptik bevæger sig ud af området for grundlæggende videnskab, "tilføjer han." Vi ser en stigning i praktiske anvendelser inden for forskellige områder, herunder kryptografi, metrologi, billeddannelse og sansning. Vores arbejde er et andet eksempel på denne tendens. "

Teamet agter at udvide teknikken til længere bølgelængder i terahertz- og langt-infrarøde områder. De overvejer også at integrere systemet på en enkelt platform, hvilket ville gøre det lettere at implementere.