Optinen oskilloskooppi ja jakautuneita fotoneja

University of Central Floridan tutkijatiimi on kehittänyt maailman ensimmäisen optisen oskilloskoopin, instrumentin, joka pystyy mittaamaan valon sähkökenttää.

Tähän asti valon sähkökentän lukeminen on ollut haasteellista valoaaltojen suurien värähtelynopeuksien vuoksi. Kehittyneimmät tekniikat, jotka toimivat puhelin- ja Internet-viestinnässämme, voivat tällä hetkellä kellottaa sähkökenttiä jopa gigahertsin taajuuksilla – kattaen sähkömagneettisen spektrin radiotaajuus- ja mikroaaltoalueet.

Valoaallot värähtelevät paljon suuremmilla nopeuksilla, mikä mahdollistaa suuremman informaatiotiheyden siirron. Nykyiset työkalut valokenttien mittaamiseen pystyivät kuitenkin ratkaisemaan vain keskimääräisen signaalin, joka liittyy valopulssiin, mutta eivät pulssin huippuja ja laaksoja. Näiden huippujen ja laaksojen mittaaminen yhden pulssin sisällä on tärkeää, koska juuri näihin tiloihin informaatio voidaan pakata ja siirtää.

"Kuituoptinen viestintä on hyödyntänyt valoa nopeuttaakseen tiedonsiirtoa, mutta oskilloskoopin nopeus rajoittaa edelleen meitä toiminnallisesti", sanoo fysiikan apulaisprofessori Michael Chini. "Optinen oskilloskooppimme voi pystyä lisäämään tätä nopeutta kertoimella noin 10 000."

Tutkijat tekivät kokeitaan piipohjaisessa kuva-anturisirussa, jossa valovirtojen kentän epälineaarinen viritys voi tarjota osasyklin optisen portin, joka on tarpeen kantoaallon verhokäyrän vaihestabiilien optisten aaltomuotojen karakterisoimiseksi.

Tutkijaryhmä osoitti koelaitteensa kyvyn mitata yksittäisten laserpulssien sähkökenttiä reaaliajassa laboratoriossa. Seuraava askel ryhmällä on nähdä, kuinka pitkälle he voivat puskea tekniikan nopeusrajoja.

Dartmouthin yliopiston tutkijat ennustavat puolestaan että jakautuneita fotoneja voi olla olemassa.

"Tämä on suuri paradigman muutos siinä, miten ymmärrämme valoa tavalla, jonka ei uskottu olevan mahdollista", sanoo fysiikan professori Lorenza Viola.

"Emme vain löytäneet uutta fyysistä kokonaisuutta, vaan se oli sellainen, jota kukaan ei uskonut voivan olla olemassa." "Majoranan bosonina" tunnetun jaetun fotonin teoreettinen löytö edistää perusymmärrystä valosta ja sen käyttäytymisestä.

"Jokainen fotoni voidaan ajatella kahden erillisen puolikkaan summana", sanoo paperin johtava kirjoittaja Vincent Flynn, Guarini. "Pystyimme tunnistamaan olosuhteet näiden puoliskojen eristämiseksi toisistaan."

Samalla tavalla kuin nestemäinen vesi voi muuttua jääksi tai höyryksi tietyissä olosuhteissa, tutkimus osoittaa, että valoa voi esiintyä myös eri vaiheessa - sellaisessa, jossa fotonit näkyvät kahtena erillisenä puolikkaana.

Aiheesta aiemmin:

Entistä herkempiä mittauksia

Yksittäisiä ja identtisiä fotoneja