Είσαι ο πρωταγωνιστής σε ένα θρίλερ. Ένα πρωί, ένας άγνωστος καλεί με παραμορφωμένη φωνή και λέει: «Για να σώσεις την πόλη σου, λύσε τον γρίφο. Πήγαινε στις συντεταγμένες. Το Χ δείχνει το στοιχείο». Τρέχεις στο σημείο και βλέπεις ένα Χ σε μια μακρινή διαφημιστική πινακίδα, υπερβολικά μακριά για να διαβαστεί. Η όρασή σου είναι καλή, αλλά όχι τόσο. Τι κάνεις; Μια νέα συσκευή λέιζερ που σχεδιάστηκε από ομάδα ερευνητών στην Κίνα θα μπορούσε να σε σώσει.
Λέιζερ: Υπέρ-ανάλυση σε χιλιοστομετρική κλίμακα από απόσταση 1,36 χιλιομέτρων
Σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, η νέα διάταξη περιλαμβάνει πολλαπλούς πομπούς λέιζερ που επιτρέπουν υπερ-ανάλυση απεικόνισης στόχων μεγέθους χιλιοστού, από απόσταση 1,36 χιλιομέτρων σε υπαίθριο αστικό περιβάλλον. Η συσκευή κατάφερε να απεικονίσει γράμματα μεγέθους 8×9 mm, με πλάτος γραμμάτων 1,5 mm, τοποθετημένα στο άκρο της εμβέλειάς της.
Η τεχνική της συμβολομετρίας έντασης
Η συμβολομετρία είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική απεικόνισης στην αστρονομία, που λειτουργεί συγχωνεύοντας φως από διαφορετικές πηγές για να δημιουργήσει μοτίβα συμβολής. Αυτά τα μοτίβα προκύπτουν όταν κύματα φωτός αλληλεπιδρούν για να ενισχύσουν ή να ακυρώσουν το ένα το άλλο, ανάλογα με τις φάσεις τους. Τα μοτίβα αυτά φέρουν λεπτομερείς πληροφορίες για το αντικείμενο ή το φαινόμενο που μελετάται.
Η συμβολομετρία έντασης, αντίθετα, δεν βασίζεται στο συνδυασμό των πλατών φωτός ή στη διατήρηση πληροφοριών φάσης, αλλά στη μέτρηση του φωτός από μία μόνο πηγή από δύο ανιχνευτές ή τηλεσκόπια και στη σύγκριση των διακυμάνσεων της έντασης.
Η μελέτη των διακυμάνσεων έντασης, των συσχετισμών και των μεταβολών τους με την απόσταση των ανιχνευτών βοηθά στην εξαγωγή χωρικών λεπτομερειών του υπό εξέταση αντικειμένου.
Η υπεροχή της συμβολομετρίας έντασης στις ατμοσφαιρικές συνθήκες
Το πλεονέκτημα της συμβολομετρίας έντασης είναι ότι μπορεί να διαπεράσει την ατμοσφαιρική αναταραχή και να αγνοήσει ατέλειες των οπτικών στοιχείων των τηλεσκοπίων, καθιστώντας την ιδανική για απεικόνιση υψηλής ανάλυσης από μεγάλες αποστάσεις. Ωστόσο, οι εφαρμογές της περιορίζονταν κυρίως στην παρατήρηση λαμπρών αστέρων ή αντικειμένων που φωτίζονται από κοντινές πηγές φωτός.
Περιορισμοί και τεχνικές λύσεις
Οι επιστήμονες προσπάθησαν να επεκτείνουν τη χρήση της σε ενεργές εφαρμογές απεικόνισης, όπως η ανίχνευση φωτός και απόστασης (LiDAR), αλλά το εγχείρημα αντιμετώπισε προκλήσεις λόγω απουσίας κατάλληλων θερμικών πηγών φωτός και έλλειψης αποτελεσματικών αλγορίθμων ανακατασκευής εικόνας.
Για να ξεπεράσουν αυτά τα εμπόδια, οι ερευνητές δημιούργησαν μια διάταξη συμβολομετρίας έντασης με ψευδοθερμικό φωτισμό, επιτυγχάνοντας τον μέσω συνδυασμού φωτός από 8 ανεξάρτητους πομπούς λέιζερ φάσης. Η διάταξη περιελάμβανε δύο τηλεσκόπια και ένα σύστημα υπερύθρου λέιζερ σε κοινή οπτική βάση.
Το σύστημα λέιζερ παρήγαγε θερμικό φωτισμό και η υπολογιστική επεξεργασία μετέτρεπε τα αραιά και θορυβώδη δεδομένα σε εικόνα υψηλής ανάλυσης.
Η δοκιμή με τον στόχο USTC
Για να δοκιμαστεί η ικανότητα υπερανάλυσης της συσκευής, κατασκευάστηκαν τα γράμματα «USTC» από μαύρα αλουμινένια φύλλα με κοίλες εγκοπές, τα οποία καλύφθηκαν με ανακλαστικά φύλλα και χρησιμοποιήθηκαν ως περίπλοκος στόχος απεικόνισης, τοποθετημένος πάνω από ένα χιλιόμετρο μακριά.
Αποτελέσματα και μελλοντικές εφαρμογές
Χρησιμοποιώντας τη σχεδιασμένη ενεργή διάταξη συμβολομετρίας έντασης, οι ερευνητές κατάφεραν να απεικονίσουν στόχους χιλιοστού από απόσταση 1,36 km σε εξωτερικό αστικό περιβάλλον. Το σύστημα απεικόνισης πέτυχε ανάλυση 3 mm, που είναι 14 φορές υψηλότερη από το όριο περίθλασης ενός μεμονωμένου τηλεσκοπίου, το οποίο είναι περίπου 42,5 mm.
Μόλις επεκταθεί η τεχνολογία αυτή πέρα από το εργαστήριο, θα μπορούσε να επιταχύνει σημαντικά την πρόοδο σε τομείς όπως η τηλεπισκόπηση, η παρακολούθηση και η μη επεμβατική απεικόνιση σε δύσκολα περιβάλλοντα.
Πηγή: Lu-Chuan Liu et al, Active Optical Intensity Interferometry, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.180201
Journal information: Physical Review Letters