EN

Optisten aikasignaalien haamukuvaus mullistaa häiriöherkkien signaalien kuvantamisen

9.2.2016

Arvostetussa Nature Photonics -lehdessä juuri julkaistu tutkimus avaa uusia näköaloja optisten aikasignaalien haamukuvaukseen (ghost imaging in the time domain).  

Valokuiduissa etenevien ultranopeiden optisten signaalien informaatio on niiden intensiteetin muutoksissa ajan funktiona ja tavanomaisesti nämä intensiteettivaihtelut konvertoidaan nopeilla detektoreilla radiotaajuuden (RF) sähköiseksi signaaliksi. Tämä on ultranopean optisen kommunikaation perusidea. Tällä tavoin informaatiota voidaan siirtää nopeuksilla jotka ylittävät miljardeja bittejä sekunnissa.  

Professori Goëry Gentyn johtama tutkimusryhmä Tampereen teknillisen yliopiston Optiikan laboratoriosta osoittaa yhdessä Itä-Suomen yliopiston professori Ari T. Fribergin kanssa, miten ultranopeita optisia pulsseja joiden, kesto on vähemmän kuin yksi sekunnin miljardisosa, voidaan mitata ilman, että niitä itse asiassa ”nähdään” ollenkaan. Tulokset saatiin Suomen Akatemian hankkeessa Optisten aikasignaalien korrelaatiokuvaus.   

– Haamukuvaus on uusi fysikaalinen kuvantamismenetelmä, jolla kohteesta saadaan kuva korreloimalla keskenään kaksi valonsädettä, joista kumpikaan ei sisällä kuvan informaatiota. Toinen säde näkee objektin, ja mittaa kokonaistehon, toinen säde taas ei ole missään tekemisissä objektin kanssa vaikkakin sen paikkajakauma mitataan. Kun mitatut intensiteetit korreloidaan, kohteen kuva ilmaantuu kuin tyhjästä ”haamuna”, kertoo Friberg.  

Kokeissa tutkimusryhmä muunsi haamukuvauksen periaatteen aika-avaruuteen. Lyhyistä optisista pulsseista koostuvan ultranopean aikasignaalin ”kuva” muodostettiin korreloimalla ajan suhteen kaksi valonsädettä, joista kumpikaan yksin ei sisältänyt signaalin informaatiota. Avainkomponentti oli laser, jonka säteen intensiteetti vaihteli satunnaisesti pikosekuntien aikaskaalalla. Tämä ominaisuus olisi normaalisti erittäin haitallinen optisessa tiedonsiirrossa. Korreloimalla kyseiset intensiteetin vaihtelut moduloidun aikasignaalin kokonaistehon kanssa saatiin aikaan ultranopean optisen signaalin täydellinen kuva.  

– Vielä mielenkiintoisempaa on, että tämä menetelmä on täysin epäherkkä aikasignaalin mahdollisesti kokemalle dispersiolle, epälineaarisuuksille tai häviöille, sanoo Goëry.   

Haamukuvauksen tämän ominaisuuden osoittamiseksi tutkijat sotkivat optisten pulssien kuljettaman informaation käyttämällä monimuotoista optista kuitua, jonka voimakas dispersio venytti valopulssit niin pitkiksi että ne alkoivat mennä päällekkäin ja siten estää aikasignaalin informaatio lukemisen tavallisilla nopeilla detektoreilla. Ryhmä demonstroi, että haamukuvausmenetelmällä alkuperäinen signaali ja siten sen informaatio voitiin rekonstruoida täydellisesti.  

Menetelmä on skaalattavissa, se voidaan integroida mikrosirulle, ja se on erittäin lupaava ultranopeiden dynaamisten optisten aaltomuotojen kuvantamiseen. Haamukuvausmenetelmää voidaan soveltaa muun muassa optisessa kommunikaatiossa, etämittauksissa ja ultranopeassa spektroskopiassa.    

Lähde: Itä-Suomen yliopiston tiedote

Lisätietoja

  • Itä-Suomen yliopiston tiedote
  • Professori Ari Friberg, Itä-Suomen yliopisto, p. 050 359 1238, ari.friberg@uef.fi
  • Professori Goëry Genty Tampereen teknillinen yliopisto, p. 050 346 3069, goery.genty@tut.fi    
  • Koko tutkimus löytyy verkkoartikkelista doi:10.1038/nphoton.2015.274.
Viimeksi muokattu 9.2.2016
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »