Ett team av forskare från University of St Andrews har uppnått ett genombrott i mätningen av lasrar som kan revolutionera framtiden för fiberoptisk kommunikation.

Den nya forskningen, publicerad i Optikbokstäver (Onsdag 6 mars), avslöjar att forskargruppen har utvecklat en billig och högkänslig enhet som kan mäta ljusets våglängd med en aldrig tidigare skådad noggrannhet.

Vågmätarutvecklingen kommer att öka optisk och kvantavkänningsteknik, förbättra prestanda för nästa generations sensorer och informationskapaciteten hos fiberoptiska kommunikationsnät.

Under ledning av professor Kishan Dholakia från School of Physics and Astronomy, teamet passerade laserljus genom en kort optisk fiberlängd, bredden på ett människohår, som förvränger ljuset till ett kornigt mönster som kallas "fläck".

Detta mönster är mer känt som den suddiga "snön" som ses på felaktiga analoga tv -apparater. Normalt arbetar forskare och ingenjörer hårt för att ta bort eller minimera dess effekt. Dock, formen på fläckmönstret ändras med laserns våglängd (eller färg) och kan spelas in på en digitalkamera.

Ljus kan ses som en våg. Vågens upprepningscykel, våglängden, är avgörande för alla studier med ljus. Teamet använde detta tillvägagångssätt för att mäta våglängden med en precision av en attometer. Detta är ungefär en tusendel av storleken på en individuell elektron och 100 gånger mer exakt än tidigare visat. För sammanhang, mätningen av sådana små förändringar i laservåglängden är ekvivalent med att mäta längden på en fotbollsplan med en noggrannhet motsvarande storleken på en atom.

Vågmätare används inom många vetenskapsområden för att identifiera ljusets våglängd. Alla atomer och molekyler absorberar ljus vid mycket exakta laservåglängder, så förmågan att identifiera och manipulera våglängd vid hög upplösning är viktig inom olika områden, allt från kylning av enskilda atomer till temperaturer som är kallare än yttre rymdens djup, för identifiering av biologiska och kemiska prover. Möjligheten att skilja mellan olika ljusets våglängder gör också att mer information kan skickas via fiberoptiska kommunikationsnät genom att koda olika datakanaler med olika våglängder.

Konventionella vågmätare analyserar förändringar i våglängd med hjälp av känsliga, optiska komponenter med hög precision. De billigaste instrumenten som används i de flesta vardagsforskningar kostar tiotusentals pund. I kontrast, St Andrews -vågmätaren består av endast en 20 cm lång optisk fiber och en kamera. I framtiden kan det göras ännu mindre.

Dr Kishan Dholakia förklarade:"Vågmätarens princip kan enkelt demonstreras hemma. Om du lyser en laserpekare på en grov yta som en målad vägg, eller genom ett halvtransparent material som frostat säljband, lasern blir krypterad i det korniga fläckmönstret. Om du flyttar lasern, eller ändra någon av dess egenskaper, det exakta mönstret du ser kommer att förändras dramatiskt. Det är denna känslighet för förändring som gör fläckar till ett bra val för att mäta våglängd. "

Dr Graham Bruce, även från School of Physics and Astronomy och huvudförfattare på pappret, sade:"Det finns stora investeringar både i Storbritannien och runt om i världen för närvarande i utvecklingen av en ny generation optisk och kvantteknik, som lovar att revolutionera hur vi mäter omvärlden, hur vi kommunicerar och hur vi säkrar vår digitala information. Lasrar och hur vi mäter och kontrollerar deras egenskaper är centrala för denna utveckling, och vi tror att vårt sätt att mäta våglängd kommer att spela en viktig roll. "

I framtiden, laget hoppas kunna visa användningen av kvantteknologiska applikationer i rymden och på jorden, samt för att mäta ljusspridning för biomedicinska studier i en ny, billigt sätt.