13:47 2022-06-28
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Obținerea de mai multe informații prin măsurarea mai rapidă și cu o medie mai mică
_ Obținerea de mai multe informații prin măsurarea mai rapidă și cu o medie mai mică
Pentru semnale abia mai mari decât zgomotul dintr-un sistem, măsurarea este, în general, un compromis între viteză și precizie. Media mai multor măsurători reduce influența zgomotului, dar durează (mult) timp. Acest lucru s-ar putea schimba cu o nouă metodă de măsurare revoluționară, concepută de cercetătorii AMOLF Kevin Peters și Said Rodriguez. Ideea lor se bazează pe un rezonator optic neliniar, explică Rodriguez: „În acest senzor, măsurarea mai rapidă produce de fapt un semnal mai puternic”. Elaborarea teoretică a acestei noi metode de măsurare este publicată în Physical Review Letters astăzi, 27 iunie 2022. Pentru o explorare experimentală se caută colaborări cu companii care caută să facă măsurători rapide și precise cu lumină.
" Fizica înseamnă efectuarea de măsurători pentru a culege informații despre un sistem sau pentru a reduce incertitudinea cu privire la starea unui sistem. Uneori, precizia este cea mai importantă — cât de sigur ești că ceva din sistem s-a schimbat? În alte cazuri, viteza este cea mai importantă — cum rapid puteți aduna informații? În majoritatea detectorilor, acuratețea vine în detrimentul vitezei", spune liderul grupului AMOLF Rodriguez. „Gândiți-vă la ceva atât de simplu ca să vă uitați la un tablou: dacă vedeți tabloul doar pentru câteva secunde, veți aduna mult mai puține informații decât atunci când îl vedeți pentru câteva minute. Cu alte cuvinte: cu cât măsurăm mai mult, cu atât mai mult. informațiile pe care le adunăm și cu atât cunoaștem mai precis starea sistemului (pictura).”
Zgomot
La măsurarea unor semnale foarte mici, influența zgomotului este de asemenea importantă. „Un detector optic tipic, bazat pe un rezonator sau o cavitate, dă un semnal atunci când, de exemplu, o moleculă perturbă rezonatorul. Dar acest semnal poate fi atât de mic încât abia depășește zgomotul de la laser. Semnalul poate fi doar detectat prin medierea mai multor măsurători sau prin utilizarea unui timp de măsurare mai lung”, spune Rodriguez, care, împreună cu Ph.D. studentul Kevin Peters, caută modalități de a reduce influența zgomotului în detectarea cu sisteme optice.
„Punctul excepțional”
Cercetătorii au găsit inspirație pentru noul lor concept unic de măsurare într-un fenomen fizic exotic care are loc în sistemele cuantice deschise, cum ar fi rezonatoarele optice care măsoară prezența moleculelor sau a virușilor. „Astfel de sisteme au valori proprii complexe care coincid uneori. În acest caz vorbim de un „punct excepțional”, iar teoria sugerează că măsurătorile exact la un astfel de punct ar trebui să fie mult mai sensibile”, spune Rodriguez. „Cu toate acestea, s-a dovedit că, deși semnalele au fost într-adevăr îmbunătățite în aceste „puncte excepționale”, la fel a fost și zgomotul. Mai mult, determinarea locației exacte a punctului excepțional, în care să se măsoare, este o sarcină foarte complicată și greoaie.”
Cercetătorii și-au dat seama că ceva similar cu „punctele excepționale” ar putea fi identificat și în cavitățile optice neliniare (un tip de rezonator) cu care lucrează. Rodriguez: „Cavitățile neliniare pot avea histerezis optic. Când creșteți puterea laserului, intensitatea luminii din cavitate se acumulează într-un anumit fel. Dar apoi, când reduceți puterea laserului, intensitatea luminii părăsește cavitatea. într-un mod diferit.Aceasta are ca rezultat histerezis, asemănător magnetizării anumitor materiale atunci când li se aplică un câmp magnetic.Am constatat că diferența de intensitate a luminii dintre punctele în care histerezisul se deschide și se închide este proporțională cu rădăcina pătrată. a perturbației rezonatorului (de exemplu, cauzată de o moleculă care trebuie măsurată). Măsurarea acestui „semnal de diferență” este așadar foarte sensibilă la mici perturbații. Mai mult, am arătat că, cu măsurători mai rapide, influența zgomotului devine mai mică, dimpotrivă. la ceea ce se întâmplă în metodele convenționale de măsurare."
Fezabilitate practică
Cercetătorii au făcut calcule teoretice pentru senzorul propus, dar s-au gândit și la fezabilitatea practică. Setarea frecvenței corecte de modulație pentru măsurători cu rezonatorul optic propus este ușor posibilă cu echipamentele existente. Prin urmare, Rodriguez ar dori să colaboreze cu industria pentru a explora ideea în continuare și pentru a o folosi pentru detectarea optică. „Acest mod de măsurare este interesant pentru toate tipurile de aplicații în care senzorii optici sunt deja utilizați”, spune el. „Gândiți-vă la senzori pentru determinarea poziției sau a mișcării, pentru măsurători chimice sau pentru detectarea nanoparticulelor. De fapt, orice lucru pe care îl luminați și apoi măsurați ceea ce iese poate beneficia de pe urma abordării noastre neliniare mai sensibile.”
Comentarii:
Adauga Comentariu