Fiberoptiska gyroskop, som mäter rotation och orientering för flygplan och andra rörliga föremål, är i sig begränsade i sin precision när man använder vanligt klassiskt ljus. I en ny studie, fysiker har experimentellt visat för första gången att användning av intrasslade fotoner övervinner denna klassiska gräns, kallade gränsen för skottbrus, och uppnår en precision som inte skulle vara möjlig med klassiskt ljus.

Fysikerna, ledd av Matthias Fink och Rupert Ursin vid den österrikiska vetenskapsakademien och Wien Center for Quantum Science and Technology, har publicerat ett papper om det förtrassningsförbättrade fiberoptiska gyroskopet i ett nyligen utgåva av New Journal of Physics .

"Vi har visat att generationen av intrasslade fotoner har nått en teknisk mognad som gör att vi kan utföra mätningar med sub-shot bullernoggrannhet i tuffa miljöer, "Berättade Fink Phys.org .

Fiberoptiska gyroskop (FOG) liknar de välkända snurrande gyroskopen som ofta säljs som leksaker, eftersom båda typerna av gyroskop mäter ett objekts rotation. Dock, de två enheterna fungerar med olika mekanismer:FOGs har inga rörliga delar, och gör istället sina mätningar med hjälp av ljus.

Medan snurrande gyroskop utvecklades under 19 -talet ^th århundrade, FOGs introducerades i slutet av 1970 -talet och baseras på Sagnac -effekten som först observerades av Georges Sagnac 1913. Vid den tiden, Sagnac hoppades kunna upptäcka etermediet genom vilket man trodde att ljus skulle sprida sig, men i stället blev hans experiment ett av de grundläggande testerna för att stödja relativitetsteorin.

Sagnac -effekten uppstår när två ljusstrålar färdas runt en ring i olika riktningar i en interferometer. När interferometern är i vila, båda strålarna tar lika lång tid att passera ringen, men när interferometern börjar rotera, strålen som rör sig runt ringen i rotationsriktningen kommer att resa ett längre avstånd, och tar därför mer tid, för att nå detektorn än den andra strålen. Denna tidsskillnad resulterar i en fasskillnad mellan de två strålarna.

Precisionen med vilken en FOG kan mäta denna fasskillnad bestämmer precisionen för den totala rotationsmätningen. En FOGs precision begränsas av flera bullerkällor, med den största bidragsgivaren som skottljud. Skotljud uppstår på grund av kvantiseringen av fotonerna. När de enskilda fotonerna passerar genom enheten, deras diskreta natur innebär att flödet inte är helt jämnt, resulterar i vitt brus. Även om skottbruset kan minskas genom att öka effekten (hastigheten för fotoner som passerar igenom), en högre effekt ökar andra typer av buller, vilket resulterar i en avvägning.

För att övervinna gränsen för skottbrus, i den nya studien använde fysikerna par av intrasslade fotoner som är i en superposition av de två lägena, så att båda intrasslade fotoner effektivt färdas genom ringen i båda riktningarna. Trasseln resulterar i en signifikant minskning av de Broglie -våglängden för fotonerna, vilket i sin tur leder till en precision som överskrider gränsen för skottbrus, och likvärdigt, överstiger bästa möjliga precision med klassiskt ljus.

I sitt nuvarande tillstånd, den nya FOG är ännu inte konkurrenskraftig med kommersiella (klassiska) FOG -enheter på grund av dess lägre effekt, vilket är en följd av detektorerna som används. Forskarna räknar med att framsteg inom detektorteknik och ljusare fotonkällor kommer att göra den intrasslade foton FOG möjlig för applikationer inom en snar framtid. Övergripande, de hoppas att de nuvarande resultaten utgör ett viktigt första steg mot att uppnå de ultimata känslighetsgränserna i fiberoptiska gyroskop.

"En intressant fråga är i vilken utsträckning andra bullerkällor förutom skottbruset kan reduceras eller kompenseras genom att använda optimerade fotoniska tillstånd, "Fink sa." Svaren på sådana frågor kan bedömas experimentellt vid intensiteter där sådana effekter blir betydande. "

© 2019 Science X Network