I forskning som i stort sett kan gynna vetenskap, medicin och ingenjörsvetenskap har en ny sorts ultrakänsliga optiska avkänningsinstrument utvecklats av en doktorand vid University of Alabama i Huntsville (UAH).

Kallas en Mach Zehnder-Fabry Perot (MZ-FP) hybridfiberinterferometer, den kombinerar fördelarna med de två typerna av interferometrar som för närvarande finns tillgängliga, vilket gör den både kompakt och mycket känslig.

Precisionsmätanordningar, interferometrar fungerar genom att skapa ett mätbart interferensmönster mellan två ljusströmmar som kan ses som kollisionen av två uppsättningar vågor i en damm som skapades genom att kasta in två stenar, säger Dr. Nabil Md Rakinul Hoque.

Ursprungligen från Dhaka, Bangladesh, är Dr. Hoque doktorsexamen från UAH i maj 2022 i optisk vetenskap och teknik, som utvecklade den nya interferometern under ett anslag från National Science Foundation samtidigt som han rådgavs av Dr. Lingze Duan, professor i fysik vid UAH, en del från University of Alabama System.

I tester uppnådde MZ-FP-interferometern rekordstora spänningsupplösningar över ett brett spektrum av frekvenser, säger Dr. Duan.

"Den viktigaste effekten av detta arbete, enligt min mening, är att det lägger ut en möjlig väg mot att nå oöverträffade nivåer av spänningsupplösningar för passiva fibersensorer," säger Dr. Duan. "En sådan nivå av avkänningsupplösning kommer att tillåta fiberoptiska sensorer att ta upp mycket svagare signaler än de kan just nu och avsevärt bredda tillämpningen av fiberoptiska sensorer."

Att upptäcka extremt svaga signaler som tidigare inte kunde detekteras av befintlig teknik gör instrumentet värdefullt för ett brett spektrum av tillämpningar, säger Dr. Hoque, huvudförfattare till en nyligen publicerad artikel publicerad i Scientific Reports .

"Detta öppnar för sådana möjligheter som tidig förutsägelse av jordbävningar, övervakning av massförstörelsevapen, glaciärrörelsedetektion för forskning om klimatförändringar, akustisk medicinsk diagnos och så vidare", säger han.

Den UAH-utvecklade interferometern uppnår en femto-stam av upplösning, vilket innebär att den kan detektera förändringen på en miljarddels mikrometer (10 ^-6 m) av en meter.

"Huvudfunktionen hos den nya interferometern är dess oöverträffade höga signalupplösning", säger Dr. Hoque. Optiska sensorer baserade på den nya tekniken kan hitta tillämpningar inom medicin, säger han. "Till exempel kan akustiska sensorer baserade på vår hybridinterferometer kunna fånga upp mycket svaga fysiologiska akustiska signaler som avslöjar människors hälsotillstånd. Sådana signaler kan vara för svaga för att detekteras med de aktuella sensorerna."

I allmänhet har två typer av interferometrar funnits tillgängliga, säger Dr. Hoque.

"Den första är den kavitets/resonatorbaserade interferometern, där specifika resonansfrekvenser tillåts passera eller reflekteras från interferometern", säger han.

Trots sin kompakta storlek kan denna typ av interferometer producera en mycket lång effektiv optisk väglängd på grund av den höga reflektionsförmågan hos de använda speglarna. Fabry-Perot resonatorer är exempel på denna typ av interferometer.

"Den andra typen av interferometer är baserad på en gemensam väg och/eller dubbelvägskonfiguration," säger Dr Hoque. "Känsligheten hos den här typen av interferometer beror på dess armlängder. Ju längre armlängder desto känsligare är interferometrarna."

Armlängderna behöver ofta överstiga tiotals eller till och med hundratals meter, vilket gör denna typ ganska skrymmande. Mach-Zehnder (MZI) och Michelson interferometrar är exempel på traditionella dubbelvägs interferometrar.

"I den här artikeln rapporterade vi utvecklingen av en ny typ av interferometer som bäddar in optiska resonatorbaserade interferometrar, eller Fabry-Perot-typen, i en dubbelvägsinterferometer, Mach-Zehnder-typen", säger Dr Hoque.

"Den nya hybridinterferometern kan uppnå mycket bättre signalupplösningar än vanliga MZI. Detta gör att vår interferometer har fördelarna med båda typerna av interferometrar."

Genom fem plus års arbete byggde Dr. Hoque på egen hand en ultrahögupplöst fibersensoranläggning i världsklass vid UAH, säger Dr. Duan.

"Fibersensorn han utvecklade har satt nya upplösningsrekord över ett brett frekvensområde från infraljudsområdet till ultraljudsområdet och har framgångsrikt nått den så kallade termiska brusgränsen, den grundläggande gränsen för alla fiberoptiska sensorer." + Utforska vidare

Nytt schema för logiska operationer som körs med 1 Tb/s