Brug af termiske lyskilder til at tage nøjagtige afstandsmålinger

Ny forskning har gjort det muligt for første gang at sammenligne de rumlige strukturer og positioner af to fjerne objekter, som kan være meget langt væk fra hinanden, blot ved at bruge en simpel termisk lyskilde, meget som en stjerne på himlen.

Denne sanseteknik, introduceret af Dr. Vincenzo Tamma ved University of Portsmouth i samarbejde med University of Bari i Italien og University of Maryland, Baltimore County i USA i den nylige publikation i Optik Express , gør det muligt at sammenligne den rumlige struktur af et fjerntliggende objekt med et referenceobjekt, baner vejen for vigtige fjernmålingsapplikationer.

Teknikken bygger på den berømte Hanbury Brown og Twiss effekt, oprindeligt brugt til at måle vinkelstørrelsen af ​​en fjern stjerne, som fødte det nye felt af kvanteoptik. Den rapporterede nye forskning har nu taget fysikken bag denne effekt et vigtigt skridt videre.

Dr. Tamma sagde:"Disse resultater uddyber ikke kun vores forståelse af den interessante fysik bag multifotoninterferens, men er også af interesse i udviklingen af ​​kvanteteknologier til fjernmåling, biomedicinsk billeddannelse og informationsbehandling."

Multifotoninterferensfænomenet i hjertet af denne nye sanseteknik blev først forudsagt af Dr. Tamma og hans elev Johannes Seiler i 2014 og rapporteret som en Fast Track Communication i tidsskriftet New Journal of Physics . Den kontraintuitive karakter af dette fænomen gjorde det vanskeligt at acceptere af en del af det videnskabelige samfund. Ikke desto mindre, det har allerede ført til tre uafhængige verifikationer (her, her og her) i tre forskellige eksperimentelle scenarier i USA, Italien og Sydkorea.

I den nylige udgivelse i Videnskabelige rapporter i samarbejde med University of Bari, denne teknik er blevet eksperimentelt anvendt til rumlig karakterisering af to fjerntliggende objekter, nemlig to dobbeltnålsmasker, på afstande, i princippet, kunne være vilkårligt store.

I forsøgsopstillingen, termisk lys rammer en balanceret stråledeler og når derefter de to fjerntliggende dobbeltnålsmasker gennem de to stråledelers udgangskanaler.

Dr. Tamma sagde:"I eksperimentet rapporteret her, afstanden mellem de to nålehuller er stor nok til, at der ikke er sammenhæng mellem lyset, der passerer gennem dem. Det klassiske Youngs dobbeltspalteeksperiment lærer os, at der i dette tilfælde ikke kan måles enkeltfotoninterferens bag hver maske separat. Ikke desto mindre, multifotoninterferens observeres ved at udføre korrelationsmålinger med to detektorer, en placeret bag hver af de to masker. Endnu mere interessant, det målte interferensmønster giver os mulighed for at hente information om begge maskers position og rumlige struktur.

"Bemærkelsesværdigt, denne sensorteknik muliggør måling, via multifoton interferens, af den relative krympning/strækning af en genstand i forhold til den anden. Desuden, hvis begge detektorer flyttes, symmetrisk, længere væk fra den optiske akse er det endda muligt at øge målefølsomheden over for ændringer i objektets rumlige strukturer. Lignende analyse kan udføres for at bestemme den relative position af de to forskellige objekter."

Anvendelsen af ​​denne teknik til sansning af vilkårlige fjernmålinger kan bane vejen for et bredt spektrum af applikationer inden for fjernmåling. Desuden, udvidelsen af ​​denne ordning til brugen af ​​sammenfiltrede fotoner kan føre til anvendelser inden for højpræcisionsmetrologi ud over enhver klassisk kapacitet.

Fysikken i multipath-korrelationer i hjertet af denne effekt er allerede blevet vist at være afgørende i simuleringen af ​​kvantelogiske porte med en termisk kilde. Dette har potentielt vigtige anvendelser inden for informationsbehandling og udvikling af nye optiske algoritmer.