In onderzoek dat in grote lijnen de wetenschap, geneeskunde en techniek ten goede zou kunnen komen, is een nieuw soort ultragevoelig optisch meetinstrument ontwikkeld door een doctoraatsstudent aan de Universiteit van Alabama in Huntsville (UAH).

Het wordt een Mach Zehnder-Fabry Perot (MZ-FP) hybride vezelinterferometer genoemd en combineert de voordelen van de twee typen interferometers die momenteel beschikbaar zijn, waardoor het zowel compact als zeer gevoelig is.

Precisie-meetapparatuur, interferometers, werken door een meetbaar interferentiepatroon te creëren tussen twee lichtstromen dat kan worden gezien als de botsing van twee sets golven in een vijver die zijn ontstaan ​​​​door er twee stenen in te gooien, zegt Dr. Nabil Md Rakinul Hoque.

Dr. Hoque, oorspronkelijk afkomstig uit Dhaka, Bangladesh, is in mei 2022 afgestudeerd aan de UAH in optische wetenschappen en techniek, die de nieuwe interferometer heeft ontwikkeld onder een beurs van de National Science Foundation terwijl hij werd geadviseerd door Dr. Lingze Duan, een professor in de natuurkunde aan de UAH, een deel van van het University of Alabama-systeem.

Tijdens het testen behaalde de MZ-FP-interferometer recordbrekende spanningsresoluties over een breed scala aan frequenties, zegt Dr. Duan.

"De belangrijkste impact van dit werk is naar mijn mening dat het een haalbaar pad uitstippelt naar het bereiken van ongekende niveaus van spanningsresoluties voor passieve vezelsensoren", zegt Dr. Duan. "Een dergelijk niveau van detectieresolutie stelt glasvezelsensoren in staat om veel zwakkere signalen op te pikken dan ze nu kunnen en de toepassing van glasvezelsensoren aanzienlijk te verbreden."

Door extreem zwakke signalen te detecteren die voorheen niet konden worden gedetecteerd door bestaande technologieën, is het instrument waardevol voor een breed scala aan toepassingen, zegt Dr. Hoque, de hoofdauteur van een recent artikel gepubliceerd in Scientific Reports .

"Dit opent mogelijkheden als vroege voorspelling van aardbevingen, monitoring van massavernietigingswapens, gletsjerbewegingsdetectie voor onderzoek naar klimaatverandering, akoestische medische diagnose enzovoort", zegt hij.

De door UAH ontwikkelde interferometer bereikt één femto-stam van resolutie, wat betekent dat hij de verandering van een miljardste van een micrometer (10 ^-6 ) kan detecteren m) van een meter.

"Het belangrijkste kenmerk van de nieuwe interferometer is de ongekend hoge signaalresolutie", zegt Dr. Hoque. Optische sensoren op basis van de nieuwe technologie kunnen toepassingen vinden in de geneeskunde, zegt hij. "Akoestische sensoren op basis van onze hybride interferometer kunnen bijvoorbeeld zeer zwakke fysiologische akoestische signalen opvangen die de gezondheidstoestand van de mens onthullen. Dergelijke signalen kunnen te zwak zijn om met de huidige sensoren te worden gedetecteerd."

Over het algemeen zijn er twee soorten interferometers beschikbaar, zegt Dr. Hoque.

"De eerste is de op holte/resonator gebaseerde interferometer, waar specifieke resonantiefrequenties door de interferometer mogen passeren of reflecteren", zegt hij.

Ondanks zijn compacte formaat kan dit soort interferometer een zeer lange effectieve optische weglengte produceren vanwege de hoge reflectiviteit van de gebruikte spiegels. Fabry-Perot-resonatoren zijn voorbeelden van dit soort interferometers.

"Het tweede type interferometer is gebaseerd op een common-path en/of double-path-configuratie", zegt Dr. Hoque. "De gevoeligheid van dit soort interferometers hangt af van de armlengtes. Hoe groter de armlengtes, hoe gevoeliger de interferometers zijn."

De armlengtes moeten vaak tientallen of zelfs honderden meters overschrijden, waardoor dit type behoorlijk omvangrijk is. Mach-Zehnder (MZI) en Michelson interferometers zijn voorbeelden van traditionele dubbel-pad interferometers.

"In dit artikel hebben we de ontwikkeling gerapporteerd van een nieuw soort interferometer die optische resonatorgebaseerde interferometers, of het Fabry-Perot-type, insluit in een dubbelpad-interferometer, het Mach-Zehnder-type", zegt Dr. Hoque.

"De nieuwe hybride interferometer kan veel betere signaalresoluties bereiken dan de reguliere MZI's. Hierdoor beschikt onze interferometer over de voordelen van beide typen interferometers."

Door meer dan vijf jaar werk heeft Dr. Hoque eigenhandig een ultrahoge resolutie glasvezelsensorfaciliteit van wereldklasse gebouwd bij UAH, zegt Dr. Duan.

"De vezelsensor die hij heeft ontwikkeld, heeft nieuwe resolutierecords neergezet over een breed frequentiebereik van het infrasone bereik tot het ultrasone bereik en heeft met succes de zogenaamde thermische ruislimiet bereikt, de fundamentele limiet van alle glasvezelsensoren." + Verder verkennen

Nieuw schema voor logische bewerkingen met een snelheid van 1 Tb/s