Een baanbrekende innovatie in het meten van lasers kan veranderingen meten tot een miljoenste van de grootte van een atoom en zou een revolutie teweeg kunnen brengen in het gebruik ervan in kwantumtechnologieën en de gezondheidszorg dankzij nieuwe, goedkopere technologie.

Een team van de Universiteit van St. Andrews en het Britse bedrijf M Squared Lasers heeft het principe van willekeurige verstrooiing van licht gebruikt om een ​​nieuwe klasse lasergolfmeters te creëren die door een glazen plafond breken op de manier waarop de golflengte wordt gemeten.

Golfmeters worden in veel wetenschapsgebieden gebruikt om de golflengte (d.w.z. kleur) van licht te identificeren. Alle atomen en moleculen absorberen licht op zeer precieze golflengten, daarom is het vermogen om ze met hoge resolutie te identificeren en te manipuleren belangrijk op diverse gebieden, variërend van de identificatie van biologische en chemische monsters tot het afkoelen van individuele atomen tot temperaturen die kouder zijn dan de diepten van de ruimte

Golven, of het nu watergolven of lichtgolven zijn, interageren via interferentie:soms bereiken twee golven tegelijkertijd een piek en is het resultaat een hogere golf, maar het is ook mogelijk dat een piek van de ene golf het dal van een andere ontmoet, wat resulteert in een kleinere golf. De combinatie van deze effecten levert een interferentiepatroon op.

Conventionele golfmeters analyseren veranderingen in het interferentiepatroon dat wordt geproduceerd door delicate assemblages van zeer nauwkeurige optische componenten. De goedkoopste instrumenten kosten honderden of duizenden ponden, en de meeste in het dagelijks onderzoek kosten tienduizenden.

In tegenstelling tot, het team realiseerde een robuust en goedkoop apparaat dat de resolutie van alle commercieel beschikbare golfmeters overtreft. Ze deden dit door laserlicht te laten schijnen in een bol met een diameter van 5 cm die wit was geverfd, en het opnemen van beelden van het licht dat door een klein gaatje ontsnapt. Het patroon dat door het licht wordt gevormd, is ongelooflijk gevoelig voor de golflengte van de laser.

Dr. Graham Bruce van de School of Physical and Astronomy legt uit:

"Als je een laserpointer neemt, en glans het door Sellotape of op een ruw oppervlak zoals een geverfde muur, bij nadere inspectie van het verlichte oppervlak ziet u dat de plek zelf er korrelig of gespikkeld uitziet, met lichte en donkere vlekken. Dit zogenaamde 'spikkelpatroon' is het gevolg van interferentie tussen de verschillende delen van de bundel die verschillend worden gereflecteerd door het ruwe oppervlak.

"Dit spikkelpatroon lijkt misschien weinig bruikbaar, maar in feite is het patroon rijk aan informatie over de oplichtende laser.

"Het patroon dat door de laser wordt geproduceerd door een dergelijk verstrooiingsmedium is in feite erg gevoelig voor een verandering in de parameters van de laser en dit is waar we gebruik van hebben gemaakt."

De doorbraak, die is gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuurcommunicatie , opent een nieuwe route voor ultrahoge precisiemeting van lasergolflengte, het realiseren van een precisie van bijna een deel op drie miljard, wat ongeveer 10 tot 100 keer beter is dan de huidige commerciële apparaten.

Dankzij deze precisie kon het team kleine veranderingen in golflengte meten onder 1 femtometer:het equivalent van slechts een miljoenste van de diameter van een enkel atoom.

Ze toonden ook aan dat deze gevoelige meting kan worden gebruikt om de golflengte van de laser actief te stabiliseren.

In de toekomst, het team hoopt het gebruik van dergelijke benaderingen voor kwantumtechnologietoepassingen in de ruimte en op aarde te demonstreren, en om lichtverstrooiing te meten voor biomedische studies in een nieuwe, goedkope manier.

Professor Kishan Dholakia van de School of Physical and Astronomy zei:

"Dit is een opwindende teaminspanning voor wat volgens ons een grote doorbraak in het veld is. Het is een bewijs van de sterke samenwerking tussen de industrie en de universiteiten in het VK en verbanden met toekomstige commerciële kansen met kwantumtechnologieën en die in de gezondheidszorg."