Nieuw onderzoek van Lan Yang, de Edwin H. &Florence G. Skinner Professor aan de Preston M. Green Department of Electrical &Systems Engineering aan de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis, ontsluit de kracht van uitzonderlijke punten (EP’s ) voor geavanceerde optische detectie. In een studie gepubliceerd op 5 april in Science Advances toonden Yang en eerste auteur Wenbo Mao, een promovendus in het laboratorium van Yang, aan dat deze unieke EP's – specifieke omstandigheden in systemen waar buitengewone optische verschijnselen kunnen optreden – kunnen worden ingezet op conventionele sensoren om een ​​opvallende gevoeligheid voor omgevingsstoringen te bereiken.

Yang en Mao ontwikkelden een EP-verbeterd detectieplatform dat de beperkingen van eerdere benaderingen overwint. In tegenstelling tot traditionele methoden waarbij aanpassingen aan de sensor zelf nodig zijn, beschikt hun innovatieve systeem over een EP-regeleenheid die kan worden aangesloten op fysiek gescheiden externe sensoren. Dankzij deze configuratie kunnen EP's uitsluitend worden afgestemd via aanpassingen aan de besturingseenheid, waardoor ultrahoge gevoeligheid mogelijk is zonder dat er complexe aanpassingen aan de sensor nodig zijn.

"We hebben een nieuw platform geïmplementeerd dat EP-verbetering kan geven aan conventionele optische sensoren", zei Yang. "Dit systeem vertegenwoordigt een revolutionaire uitbreiding van EP-verbeterde detectie, waardoor de toepasbaarheid en universaliteit ervan aanzienlijk wordt uitgebreid. Elke fasegevoelige sensor kan een verbeterde gevoeligheid en een lagere detectielimiet verkrijgen door verbinding te maken met deze configuratie. Simpelweg door de besturingseenheid af te stemmen, kan deze EP-configuratie dat doen zich aanpassen aan verschillende detectiescenario's, zoals omgevingsdetectie, gezondheidsmonitoring en biomedische beeldvorming."

Door de detectie- en controlefuncties te ontkoppelen, hebben Yang en Mao effectief de strenge fysieke vereisten voor het bedienen van sensoren bij EP's omzeild, die tot nu toe de wijdverbreide acceptatie ervan hebben belemmerd. Dit maakt de weg vrij voor EP-verbetering die kan worden toegepast op een breed scala aan conventionele sensoren – waaronder ringresonatoren, thermische en magnetische sensoren en sensoren die trillingen oppikken of verstoringen in biomarkers detecteren – waardoor de detectielimiet van sensoren die wetenschappers al gebruiken aanzienlijk wordt verbeterd. . Als de besturingseenheid is ingesteld op een EP, kan de sensor anders werken (niet op een EP) en toch profiteren van de voordelen van EP-verbetering.

Als proof-of-concept testte het team van Yang de detectielimiet van een systeem, oftewel het vermogen om zwakke verstoringen door systeemruis te detecteren. Ze demonstreerden een zesvoudige reductie van de detectielimiet van een sensor met behulp van hun EP-verbeterde configuratie vergeleken met de conventionele sensor.

"Met dit werk hebben we aangetoond dat we ons vermogen om verstoringen met zwakke signalen te detecteren aanzienlijk kunnen verbeteren", zei Mao. "We zijn nu gefocust op het naar brede toepassingen brengen van die theorie. Ik ben specifiek gefocust op medische toepassingen, vooral bezig met het verbeteren van magnetische detectie, die zou kunnen worden gebruikt om de MRI-technologie te verbeteren. Momenteel vereisen MRI's een hele kamer met zorgvuldige temperatuurcontrole Ons EP-platform zou kunnen worden gebruikt om de magnetische detectie te verbeteren, zodat draagbare MRI aan het bed mogelijk wordt."

Meer informatie: Wenbo Mao et al, Uitzonderlijke puntverbeterde fasedetectie, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5037

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door de Washington Universiteit in St. Louis