Optische vezels vormen de ruggengraat van moderne communicatie, informatie van A naar B vervoeren door dunne glasfilamenten als lichtpulsen. Ze worden veel gebruikt in de telecommunicatie, waardoor informatie vrijwel zonder verlies met bijna de snelheid van het licht kan reizen.

Tegenwoordig, biologen, natuurkundigen en andere wetenschappers gebruiken regelmatig optische vezels om licht in hun laboratoria rond te leiden. In een recente aanvraag kwantumonderzoekslaboratoria hebben optische vezels hervormd, ze uitrekken tot kleine taps toelopende delen (zie Nanovezels en designer lichtvallen). Voor deze taps toelopende nanometerschaal, of nanovezels, het geïnjecteerde licht baant zich nog steeds een weg van A naar B, maar een deel ervan wordt gedwongen buiten het buitenoppervlak van de vezel te reizen. Het buitenlicht, of vergankelijk veld, kan atomen vangen en vervolgens informatie over die licht-materie-interactie naar een detector dragen.

Het fijn afstemmen van dergelijke verdwijnende lichtvelden is lastig en vereist hulpmiddelen voor het karakteriseren van zowel de vezel als het licht. Hiertoe, onderzoekers van JQI en het Army Research Laboratory (ARL) hebben een nieuwe methode ontwikkeld om te meten hoe licht zich voortplant door een nanovezel, waardoor ze de dikte van de nanovezel kunnen bepalen met een precisie die kleiner is dan de breedte van een atoom. De techniek, beschreven in de 20 januari, 2017 nummer van het tijdschrift optiek , is direct, snel en, in tegenstelling tot de standaard beeldvormingsmethode, behoudt de integriteit van de vezel. Als resultaat, de sonde kan in-situ worden gebruikt met de fabricageapparatuur voor nanovezels, die de implementatie in kwantumoptica en kwantuminformatie-experimenten zal stroomlijnen. Het ontwikkelen van betrouwbare en nauwkeurige tools voor dit platform kan nanovezeltechnologie mogelijk maken voor detectie- en metrologische toepassingen.

Lichtgolven hebben een karakteristieke grootte die de golflengte wordt genoemd. Voor zichtbaar licht, de golflengte is ongeveer 100 keer kleiner dan een mensenhaar. Licht kan ook verschillende vormen hebben, zo'n vaste cirkel, ring, klaver en meer (zie afbeelding hieronder). Vezels beperken de manier waarop lichtgolven kunnen reizen en het draaien of buigen van een vezel zal de eigenschappen van het licht veranderen. Nanovezels worden gemaakt door een normale vezel om te vormen tot een zandloperachtig ontwerp, die de geleide lichtgolven verder beïnvloedt.

In dit experiment, onderzoekers injecteren een combinatie van lichte vormen in een nanovezel. Het licht gaat door een dunner wordende tapsheid, knijpt door een smalle taille, en verlaat dan de andere kant van de taper. De veranderende vezelgrootte vervormt de lichtgolven, en meerdere patronen komen tevoorschijn uit de storende lichtvormen (zie JQI News on Collecting lost light). Dit is analoog aan muzieknoten, of geluidsgolven, tegen elkaar slaan om een ​​complex akkoord te vormen.

De onderzoekers meten direct de interferentiepatronen (beats). Om dit te doen, ze gebruiken een tweede vezel van micronformaat die fungeert als een niet-invasieve sensor. De nanovezel bevindt zich op een bewegend podium en kruist de sondevezel onder een schuine hoek. Op het raakpunt, een kleine fractie van nanovezellicht komt vluchtig de tweede vezel binnen en reist naar een detector. Terwijl ze de sonde langs de lengte van de nanovezel scannen, de sondedetector verzamelt informatie over de evoluerende patronen van nanovezellicht. De onderzoekers monitoren tegelijkertijd het licht dat door de nanovezel gaat om ervoor te zorgen dat het sondeproces onschadelijk is.

Het team kan met deze techniek een hoge mate van precisie bereiken omdat ze de vezel niet met een camera in beeld brengen, die een ruimtelijke resolutie zou hebben die wordt beperkt door de golflengte van het verzamelde licht. UMD-afstudeerstudent Pablo Solano legt uit, "We zien eigenlijk dat de verschillende lichtmodi zich met elkaar vermengen en dat stelt de limieten voor het bepalen van de vezeltaille - in dit geval sub-angstrom." Een standaardinstrument dat bekend staat als scanning-elektronenmicroscopie (SEM) kan ook vezelafmetingen meten met een resolutie op nanoschaal. Dit, echter, heeft een comparatief nadeel, zegt Eliot Fenton, een UMD-student die aan het project werkt, "Met onze nieuwe methode we kunnen het gebruik van SEM vermijden, die de vezel vernietigt met imaging chemicaliën en verwarming." Andere technieken omvatten het verzamelen van willekeurig verstrooid licht van de vezel, die minder direct en foutgevoelig is. Solano vat samen hoe onderzoekers kunnen profiteren van deze nieuwe tool, "Door direct en gevoelig de interferentie (klopping) van licht te meten zonder de vezel te vernietigen, we kunnen precies het soort elektromagnetisch veld weten dat we op atomen zouden toepassen."