Dolaşmış foton jiroskopu, fiber optik jiroskopun klasik sınırını aşıyor!
Fiber optik jiroskoplar, uçakların ve diğer hareketli nesnelerin dönüşünü ve yönünü ölçer.Sıradan klasik ışık kullanıldığında, doğruluğu doğal olarak sınırlıdır. Yeni bir çalışmada, fizikçiler ilk kez deneylerle, dolaşık foton kullanımının bu klasik sınır olan "emisyon gürültüsü limiti" ni aştığını ve klasik ışığın elde edemeyeceği bir doğruluğa ulaştığını gösterdiler. Avusturya Bilimler Akademisi ve Viyana Kuantum Bilim ve Teknoloji Merkezi'nden Matthias Fink ve Rupert Ursin liderliğindeki fizikçiler, "New Journal of Fizik, karışık gelişmiş foton jiroskopu üzerine bir araştırma makalesi yayınladı.
Matthias Fink şunları söyledi: Karışık foton oluşumunun teknik olarak olgun bir seviyeye ulaştığını kanıtladık, bu da zorlu ortamlarda lens altı gürültü doğruluğu ile ölçüm yapmamızı sağlıyor. Fiber optik jiroskoplar (FOG'lar), genel dönen jiroskoplara benzer ve genellikle oyuncak olarak satılır çünkü her iki jiroskop türü de bir nesnenin dönüşünü ölçer. Bununla birlikte, iki cihaz farklı mekanizmalar kullanır: Sisin hareketli parçası yoktur, ancak ölçüm için ışık kullanır. Dönel jiroskop 19. yüzyılda geliştirildi ve jiroskop 1970'lerin sonunda tanıtıldı. İlk olarak 1913'te Georges Sagnac tarafından gözlemlenen Sagnac etkisine dayanıyor. .
- (Solda) Deneysel fiber optik jiroskop ve (sağda) optik tasarım cihazı. Görsel: Fink ve diğerleri © 2019 IOP Publishing
O sırada Sagnac, eter ortamını tespit etmeyi umuyordu.İnsanlar, ışığın eter ortamından yayıldığına inanıyordu, ancak deneyi, görelilik teorisini destekleyen temel testlerden biri haline geldi. İki ışın interferometrede bir halka etrafında farklı yönlerde hareket ettiğinde, Sagnac etkisi oluşur. İnterferometre durduğunda, iki ışının halkadan geçme süresi aynıdır, ancak interferometre dönmeye başladığında, halkanın dönüş yönünde hareket eden ışın diğer ışından daha uzağa gidecek ve bu nedenle dedektöre ulaşacaktır. Zaman farkı da daha uzundur.Bu zaman farkı, iki ışın arasındaki faz farkına neden olur.Sis damlası ölçümünün faz farkının doğruluğu, tüm dönüş ölçümünün doğruluğunu belirler.
Damlacık doğruluğu birkaç gürültü kaynağı ile sınırlıdır, ana gürültü kaynağı çekim gürültüsüdür. Fotonların nicemlenmesi nedeniyle çekim gürültüsü oluşur. Tek tek fotonlar cihazdan geçerken, ayrık yapıları akışın tamamen pürüzsüz olmadığı ve sonuçta beyaz gürültüye neden olduğu anlamına gelir. Çekim gürültüsü gücü artırarak (fotonların geçiş hızı) azaltılabilse de, daha yüksek güç diğer gürültü türlerini artırarak bir dengeye yol açar. Yeni çalışmada, çekim gürültüsünün sınırlamasının üstesinden gelmek için fizikçiler, iki modun üst üste binmiş halindeki bir çift dolaşık foton kullandılar, böylece iki dolaşık foton, halkanın içinden iki yönde etkili bir şekilde geçebilir.
Dolaşıklık, fotonun de Broglie dalga boyunun önemli ölçüde azalmasına neden olarak çekim gürültüsü sınırını aşan bir doğrulukla sonuçlanır ve benzer şekilde klasik ışığın en iyi doğruluğunu aşar. Araştırmacılar, dedektör teknolojisindeki ve daha parlak foton kaynaklarındaki ilerlemelerin, dolaşık foton sisi uygulamasını yakın gelecekte mümkün kılacağını tahmin ediyor. Genel olarak, araştırmacılar, mevcut sonuçların fiber optik jiroskopların nihai hassasiyet sınırına ulaşma yolunda önemli bir ilk adımı temsil ettiğini umuyorlar. İlginç bir soru, lens gürültüsüne ek olarak, optimize edilmiş foton durumları ile diğer gürültü kaynaklarının ne ölçüde azaltılabileceği veya telafi edilebileceğidir. Bu soruların cevaplarının gücü deneylerle değerlendirilebilir ve bu güç altında bu etkiler çok önemli hale gelecektir.
Referans dergisi "New Journal of Physics"
DOI: 10.1088 / 1367-2630 / ab1bb2
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
