Nowatorska technika pomiarów optycznych osiągnęła niespotykaną precyzję w analizie aktywności optycznej kryształów kwarcu, materiału wszechobecnego w przedmiotach codziennego użytku, od zegarków po urządzenia elektroniczne.
Naukowcy opracowali innowacyjną metodę łączącą stany własne polaryzacji kołowej i liniowej z optyczną interferometrią heterodynową w prawdziwej fazie, umożliwiającą bardzo precyzyjny pomiar właściwości optycznych kwarcu w czasie rzeczywistym. Postęp ten może mieć istotne implikacje dla inżynierii optycznej i materiałoznawstwa.
Nauka kryjąca się za przełomem
Zespół badawczy specjalizujący się w precyzyjnych pomiarach optycznych opracował unikalny system interferometru heterodynowego o wspólnej drodze polaryzacji. Układ ten wykorzystuje naturalną dwójłomność kołową i liniową dwójłomność kwarcu w celu monitorowania drobnych zmian fazowych spowodowanych interakcją światła z kryształami.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod podatnych na zakłócenia środowiskowe, takie jak wahania temperatury i wibracje, nowa metoda pomiaru „w fazie rzeczywistej” skutecznie tłumi takie zakłócenia. Wyniki eksperymentów pokazują niezwykły stosunek sygnału do szumu w systemie wynoszący 75 dla zmian fazowych wywołanych bocznym przemieszczeniem kwarcu, co pozwala osiągnąć precyzję pomiaru na poziomie 10-7poziom.
„Wyjątkowa precyzja wynika z naszej konstrukcji wspólnej ścieżki i technologii blokowania fazy” – wyjaśnił profesor Li, kierownik projektu. „Konfiguracja wspólnej ścieżki minimalizuje wpływ środowiska na różnice w ścieżkach optycznych, podczas gdy blokowanie fazy skutecznie filtruje szum, poprawiając jakość sygnału”.
Innowacje techniczne
Podstawowa innowacja systemu polega na konstrukcji ścieżki optycznej. Padające światło dzieli się na dwie prostopadłe, spolaryzowane liniowo wiązki za pomocą polaryzacyjnego rozdzielacza wiązki. Po przejściu przez modulatory akustooptyczne, które powodują niewielkie różnice częstotliwości, wiązki przekształcają się w prawo- i lewoskrętne światło spolaryzowane kołowo poprzez ćwierćfalową płytkę.
Gdy te spolaryzowane wiązki przechodzą przez kryształ kwarcu, aktywność optyczna indukuje między nimi różnicę faz. Następnie wiązki przekształcają się ponownie w polaryzację liniową w celu wykrycia, a informacje interferometryczne ujawniają dokładne przesunięcie fazowe spowodowane właściwościami optycznymi kwarcu.
Możliwości pomiarów w czasie rzeczywistym
Oprócz precyzji technika ta oferuje możliwości pomiarów w czasie rzeczywistym, co stanowi znaczny postęp w porównaniu z tradycyjnymi metodami wymagającymi złożonego przetwarzania danych w trybie offline. Ta funkcja okazuje się szczególnie przydatna w zastosowaniach wymagających szybkich i dokładnych pomiarów aktywności optycznej, w tym w produkcji urządzeń optycznych i obrazowaniu biomedycznym.
Zespół badawczy przewiduje szersze zastosowania tej technologii, w tym badania chiralności biomolekularnej, które mogłyby przyspieszyć rozwój produktów farmaceutycznych i diagnostykę medyczną. Trwają plany zwiększenia szybkości i stabilności pomiarów systemu w celu jego szerszego zastosowania w różnych dyscyplinach naukowych.
„Jesteśmy pewni, że ta technologia będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w badaniach nad optyką” – zauważył profesor Li, podkreślając potencjalny wpływ tej metody.
Wyniki badań, opublikowane w czołowym międzynarodowym czasopiśmie optycznym, wzbudziły duże zainteresowanie społeczności naukowej. Eksperci uznają wkład badania jako skuteczne rozwiązanie w zakresie precyzyjnej analizy kryształów kwarcu oraz podstawę przyszłych badań nad materiałami optycznymi.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
