Jak zvýšit rozlišení optických měření

Nový výsledek z oblasti optické metrologie – metodu, jak zvýšit rozlišení optických měření – prezentoval v prestižním vědeckém časopise Physical Review Letters vědec z Katedry optiky Přírodovědecké fakulty UP Miroslav Ježek. Výzkum prováděl spolu s kolegy z Dánské technické univerzity v Lyngby. Výsledek představuje nový standard pro hodnocení super-rozlišení a otevírá cestu k novým metrologickým metodám.

Rozlišení je důležitým parametrem měření ve všech oblastech vědy a techniky. V mnoha aplikacích i základním výzkumu je měření nějaké veličiny převedeno na záznam počtu kmitů světla. Příkladem může být optické měření délky – laserový svazek je rozdělen, jedna část prochází měřeným úsekem a druhá referenční drahou; po zpětném složení je možné pozorovat interferenci světla v podobě opakovaného střídání větší a menší intenzity světla. Změna měřené délky vyvolá posuv o určitý počet maxim, jenž lze vyjádřit v jednotkách délky.

„Přirozenou otázkou je, jak malou změnu dráhy dokážeme tímto způsobem zaznamenat. Většinou se za základní rozlišení považuje přechod z maxima do minima nebo obráceně, tedy polovina vlnové délky použitého světla. Pro viditelné záření se jedná řádově o stovky nanometrů, tedy desetitisíciny milimetru. Některé aplikace nad tímto omezením zvítězily použitím signálů s kratší vlnovou délkou, například rentgenového záření nebo urychlených elektronů,“ konstatoval dr. Miroslav Ježek.

Jiné řešení nabídla kvantová optika: využitím kvantově provázaných stavů elementárních částic světla – fotonů – je možné docílit více proužků v jedné periodě, a tedy několikanásobného zlepšení rozlišení. Kvantově provázané stavy jsou ale velmi citlivé a extrémně snadno ztrácí své přednosti.

Překvapivý výsledek

Spolupráce doktora Ježka s týmem z Dánské technické univerzity přinesla překvapivý výsledek: „Několikanásobné zvýšení rozlišení nevyžaduje kvantově provázané stavy, ale lze ho dosáhnout pouze s využitím záření laseru a prakticky bez dopadu na neurčitost měření. Výsledek představuje nový standard pro hodnocení super-rozlišení a otevírá cestu k novým metrologickým metodám,“ uvedl Ježek.

Obsahem příspěvku v prestižním vědeckém časopise je dosažení vyššího rozlišení, tzv. super-rozlišení, měření optické fáze v interferometru. Důvod? Na měření fáze v optickém interferometru lze převést řadu dalších měření, např. měření délky, vibrací, síly a optických vlastností látky jako je hustota, index lomu, koncentrace látky, atd.

Přednosti „naší“ metody: Vyššího rozlišení lze dosáhnout s použitím „klasického“ světla, např. světla laseru (laserové ukazovátko) bez použití kvantově provázaných, a tedy „neklasických“ stavů světla. Ty sice umožňují dosáhnout super-rozlišení také, ale pouze za ideálních podmínek (nulové ztráty a šum).

U zrodu dlouhodobé spolupráce olomouckých a kodaňských fyziků stál doc. Radim Filip z Katedry optiky PřF UP. „Spolupráce s týmem profesora Ulrika L. Andersena vedla již dříve k řadě zajímavých experimentálních testů našich teorií. Nyní však přímo spolupracují experimentální týmy z Olomouce a Lyngby s komplementárními technologiemi, což je krok k nové experimentální úrovni,“ řekl Filip.

Za současnou podporou spolupráce stojí Mezinárodní centrum pro informaci a neurčitost (MCIN) koordinované doc. Jaromírem Fiuráškem. Centrum sdružuje Katedru optiky a Katedru informatiky PřF UP. Zajišťuje také odborné stáže vědeckých pracovníků v zahraničí.

tisková zpráva Univerzity Palackého v Olomouci

Objevena první obří planeta u bílého trpaslíka

Vypařování atmosféry exoplanety podobné Neptunu. Vědcům se pomocí dalekohledu ESO/VLT podařilo nalézt důkazy přítomnosti velké …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close