Een team van onderzoekers van de Universiteit van St. Andrews heeft een doorbraak bereikt in het meten van lasers die een revolutie teweeg kan brengen in de toekomst van glasvezelcommunicatie.

Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Optica Letters (woensdag 6 maart), onthult dat het team van wetenschappers een goedkoop en zeer gevoelig apparaat heeft ontwikkeld dat in staat is de golflengte van licht met ongekende nauwkeurigheid te meten.

De ontwikkeling van de golfmeter zal de optische en kwantumdetectietechnologie een boost geven, het verbeteren van de prestaties van sensoren van de volgende generatie en de informatiedragende capaciteit van glasvezelcommunicatienetwerken.

Onder leiding van professor Kishan Dholakia van de School of Physics and Astronomy, het team heeft laserlicht door een korte optische vezel geleid, de breedte van een mensenhaar, die het licht vervormt tot een korrelig patroon dat bekend staat als 'spikkel'.

Dit patroon is beter bekend als de vage 'sneeuw' die te zien is op defecte analoge televisies. Normaal gesproken werken wetenschappers en ingenieurs hard om het effect ervan te verwijderen of te minimaliseren. Echter, de vorm van het spikkelpatroon verandert met de golflengte (of kleur) van de laser en kan worden vastgelegd op een digitale camera.

Licht kan worden gezien als een golf. De herhalingscyclus van de golf, de golflengte, is cruciaal voor alle studies met licht. Het team gebruikte deze aanpak om de golflengte te meten met een precisie van een attometer. Dit is ongeveer een duizendste van de grootte van een individueel elektron en 100 keer nauwkeuriger dan eerder werd aangetoond. Voor de context, het meten van zulke kleine veranderingen in de lasergolflengte is het equivalent van het meten van de lengte van een voetbalveld met een nauwkeurigheid gelijk aan de grootte van één atoom.

Golfmeters worden in veel wetenschapsgebieden gebruikt om de golflengte van licht te identificeren. Alle atomen en moleculen absorberen licht op zeer precieze lasergolflengten, dus het vermogen om golflengten met hoge resolutie te identificeren en te manipuleren is belangrijk in diverse gebieden, variërend van afkoeling van individuele atomen tot temperaturen die kouder zijn dan de diepten van de ruimte, voor de identificatie van biologische en chemische monsters. De mogelijkheid om onderscheid te maken tussen verschillende golflengten van licht maakt het ook mogelijk om meer informatie via glasvezelcommunicatienetwerken te verzenden door verschillende datakanalen met verschillende golflengten te coderen.

Conventionele golfmeters analyseren veranderingen in golflengte met behulp van delicate, optische componenten met hoge precisie. De goedkoopste instrumenten die in de meeste alledaagse onderzoeken worden gebruikt, kosten tienduizenden ponden. In tegenstelling tot, de St Andrews-golfmeter bestaat uit slechts 20 cm optische vezel en een camera. In de toekomst kan het nog kleiner worden gemaakt.

Dr. Kishan Dholakia legde uit:"Het principe van de golfmeter kan gemakkelijk thuis worden gedemonstreerd. Als je een laserpointer op een ruw oppervlak laat schijnen, zoals een geverfde muur, of door een semi-transparant materiaal zoals matte plakband, de laser wordt vervormd in het korrelige spikkelpatroon. Als u de laser verplaatst, of een van de eigenschappen ervan wijzigen, het exacte patroon dat u ziet, zal drastisch veranderen. Het is deze gevoeligheid voor verandering die speckle een goede keuze maakt voor het meten van golflengte."

Dr Graham Bruce, ook van de School of Physics and Astronomy en hoofdauteur van het papier, zei:"Er wordt momenteel zowel in het VK als over de hele wereld grote investeringen gedaan in de ontwikkeling van een nieuwe generatie optische en kwantumtechnologieën, die beloven een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we de wereld om ons heen meten, de manieren waarop we communiceren en de manier waarop we onze digitale informatie beveiligen. Lasers en de manier waarop we hun eigenschappen meten en controleren staan ​​centraal in deze ontwikkeling, en we geloven dat onze benadering van het meten van golflengte een belangrijke rol zal spelen."

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