محققان POSTECH در کره جنوبی و مرکز علوم و فناوری کوانتومی در دانشگاه Portsmouth به پیشرفت قابل توجهی در فناوری تشخیص نور و محدوده (LIDAR) دست یافته اند. مطالعه آنها که در Physical Review Letters منتشر شده است، رویکرد جدیدی به نام LIDAR دو فوتونی منسجم را معرفی می‌کند که بر محدودیت‌های زمان انسجام منابع نور غلبه می‌کند و امکان اندازه‌گیری فاصله بسیار دقیق و دقیق از اجسام دور را فراهم می‌کند.
LIDAR منسجم مدت‌هاست که برای اندازه‌گیری فاصله استفاده می‌شود، اما اثربخشی آن به دلیل زمان انسجام منبع نور محدود شده است. در اقدامی پیشگامانه، محققان از تداخل دو فوتونی نور حرارتی برای توسعه LIDAR دو فوتونی منسجم استفاده کردند. برخلاف LIDAR منسجم سنتی، که در آن زمان انسجام محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند، این تکنیک جدید از حاشیه‌های تداخل درجه دوم استفاده می‌کند که تحت تأثیر زمان انسجام کوتاه منبع نور قرار نمی‌گیرد.
این آزمایش شامل یک تنظیم ساده به کمک یک منبع نور حرارتی، یک ماسک دو شکاف با دو شکاف (A و B) و دو دوربین بود. نور ساطع شده از شکاف ها به سمت یک شی از راه دور در فاصله ای نامعلوم حرکت کرد و پس از بازتاب، توسط دو آشکارساز جداگانه شناسایی شد. با اندازه‌گیری همبستگی‌های فضایی در شدت نور شناسایی‌شده توسط آشکارسازها، محققان با موفقیت فاصله تا جسم دوردست را تخمین زدند.
یکی از جنبه های کلیدی این تکنیک تداخل وابسته به فاز بین دو مسیر دو فوتونی است. تداخل بین مسیرهای هر شکاف تا آشکارسازها، فاصله شی را رمزگذاری می کند. وقتی هر دو شکاف باز هستند، یک سهم تداخل وابسته به فاز ایجاد می‌شود که بازیابی اطلاعات فاصله را ممکن می‌سازد.
نکته مهم این است که این مطالعه نشان داد که LIDAR دو فوتونی منسجم در برابر تلاطم و نویز محیط مقاوم است و آن را برای محیط های چالش برانگیز بسیار مناسب می کند. این پیشرفت پتانسیل ایجاد انقلابی در صنایع وابسته به اندازه گیری های دقیق فاصله مانند وسایل نقلیه خودران، روباتیک و نظارت بر محیط زیست را دارد.
پروفسور وینچنزو تاما، یکی از نویسندگان این مطالعه، کاربردهای جدید و انعطاف پذیری این تکنیک را برجسته کرد. این تیم تحقیقاتی همکاری با شرکای صنعتی و ذینفعان را برای توسعه و اجرای بیشتر LIDAR دو فوتونی منسجم در سناریوهای دنیای واقعی پیش‌بینی می‌کند.
استفاده نوآورانه از همبستگی دو فوتون در نور کلاسیک راه را برای فناوری‌های سنجش پیشرفته هموار می‌کند. با استفاده از اندازه‌گیری‌های همبستگی با نور حرارتی، این پیشرفت فرصت‌های جدیدی را برای سیستم‌های LIDAR پیشرفته با دقت و قابلیت اطمینان بی‌سابقه باز می‌کند.
منبع
Chung-Hyun Lee et al, Coherent Two-Photon LIDAR with Incoherent Light, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.223602
