Scrambled light wavemeter gennembrud

En banebrydende innovation inden for måling af lasere kan måle ændringer på en milliondel af atomets størrelse og kunne revolutionere deres anvendelse i kvanteteknologier og sundhedspleje takket være nye, billigere teknologi.

Et hold fra University of St. Andrews og det britiske firma M Squared Lasers har brugt princippet om tilfældig spredning af lys til at skabe en ny klasse af laserbølgemålere, der bryder gennem et glasloft i den måde, hvorpå bølgelængde måles.

Bølgemålere bruges på mange videnskabelige områder til at identificere lysets bølgelængde (dvs. farve). Alle atomer og molekyler absorberer lys ved meget præcise bølgelængder, derfor er evnen til at identificere og manipulere dem ved høj opløsning vigtig på forskellige områder lige fra identifikation af biologiske og kemiske prøver til afkøling af individuelle atomer til temperaturer koldere end dybderne i det ydre rum

Bølger, om det er vandbølger eller lysbølger, interagere via interferens:nogle gange når to bølger et højdepunkt på samme tid og sted, og resultatet er en højere bølge, men det er også muligt, at toppen af ​​en bølge møder et andet trug, hvilket resulterer i en mindre bølge. Kombinationen af ​​disse effekter frembringer et interferensmønster.

Konventionelle bølgemålere analyserer ændringer i interferensmønsteret frembragt af sarte samlinger af optiske komponenter med høj præcision. De billigste instrumenter koster hundreder eller tusindvis af pund, og de fleste inden for daglig forskning koster titusinder.

I modsætning, teamet realiserede en robust og billig enhed, der overgår opløsningen for alle kommercielt tilgængelige bølgemålere. De gjorde dette ved at skinne laserlys inde i en kugle med en diameter på 5 cm, der var blevet malet hvid, og optagelse af billeder af lyset, der undslipper gennem et lille hul. Mønsteret dannet af lyset er utroligt følsomt over for laserens bølgelængde.

Dr Graham Bruce fra School of Physical and Astronomy forklarer:

"Hvis du tager en laserpointer, og skinne det gennem Sellotape eller på en ru overflade som en malet væg, ved nærmere eftersyn af den oplyste overflade vil du se, at selve pletten ser kornet eller plettet ud, med lyse og mørke pletter. Dette såkaldte 'flekkemønster' er et resultat af interferens mellem bjælkens forskellige dele, som reflekteres forskelligt af den ru overflade.

"Dette plettet mønster kan synes at være lidt nyttigt, men faktisk er mønsteret rig på information om den lysende laser.

"Mønsteret, som laseren producerer gennem et sådant spredningsmedium, er faktisk meget følsomt over for en ændring i laserens parametre, og det er det, vi har gjort brug af."

Gennembruddet, som er blevet offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Naturkommunikation , åbner en ny rute til måling af ultrahøj præcision af laserbølgelængde, realisere en præcision på tæt på en del i tre milliarder, hvilket er omkring 10 til 100 gange bedre end nuværende kommercielle enheder.

Denne præcision tillod teamet at måle små ændringer i bølgelængde under 1 femtometer:svarende til kun en milliontedel af diameteren af ​​et enkelt atom.

De viste også, at denne følsomme måling kunne bruges til aktivt at stabilisere laserens bølgelængde.

I fremtiden, teamet håber at demonstrere brugen af ​​sådanne metoder til kvanteteknologiske applikationer i rummet og på Jorden, samt at måle lysspredning til biomedicinske undersøgelser i en ny, billig måde.

Professor Kishan Dholakia fra School of Physical and Astronomy sagde:

"Dette er en spændende teamindsats for det, vi mener er et stort gennembrud på området. Det er et vidnesbyrd om et stærkt britisk industri-universitetssamarbejde og forbindelser til fremtidige kommercielle muligheder med kvanteteknologier og dem i sundhedsvæsenet."