Přelom v optickém měření: olomoucký vědec použil klasické světlo

Nový standard pro hodnocení superrozlišení v optické metrologii stanovil Miroslav Ježek z katedry optiky přírodovědecké fakulty. Jeho výzkum otevírá cestu k novým metrologickým metodám.

Spolupráce doktora Ježka s dánským týmem 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,“ vysvětlil Ježek. Metodu jak zvýšit rozlišení optických měření prezentoval spolu s kolegy z Dánské technické univerzity v Lyngby v prestižním vědeckém časopise Physical Review Letters.

Předností nové metody je dosažení vyššího rozlišení s použitím „klasického“ světla, například z laserového ukazovátka, bez použití kvantově provázaných stavů světla. Ty sice umožňují dosáhnout superrozlišení také, ale pouze za ideálních podmínek (nulové ztráty a šum).

Rozhodují stovky nanometrů

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.

„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 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.

Optická fáze v interferometru

Obsahem příspěvku v prestižním vědeckém časopise je dosažení vyššího rozlišení (zvaného superrozlišení) měřením optické fáze v interferometru. Na něj lze převést řadu dalších měření – délky, vibrací, síly a optických vlastností látky, jako je hustota, index lomu nebo koncentrace látky.

Ježek na nové metodě pracoval s týmem profesora Ulrika Andersena z Dánska. Spolupráci podporuje Mezinárodní centrum pro informaci a neurčitost (MCIN), které sdružuje katedru optiky a katedru informatiky přírodovědecké fakulty.