Olomoucký vědec přišel s novinkou v optickém měření s využitím laseru

Olomouc (27. srpna 2013) – 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.

Příloha tiskové zprávy: fotografie – dr. M. Ježek v laboratoři kvantové optiky a informatiky Katedry optiky PřF UP.

 

Zprávu zpracovali Miroslav Ježek, PřF UP, a Lenka Skácelíková, oddělení komunikace UP

---