Durch die Verschmelzung von zwei oder mehr Lichtquellen erzeugen Interferometer Interferenzmuster, die bemerkenswert detaillierte Informationen über alles liefern können, was sie beleuchten, von einem winzigen Fehler auf einem Spiegel über die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre bis hin zu Gravitationsmustern in weiten Teilen des Universums .„Wenn Sie etwas mit sehr hoher Präzision messen möchten, verwenden Sie fast immer ein optisches Interferometer, weil Licht ein sehr präzises Lineal ist“, sagt Jaime Cardenas, Assistenzprofessor für Optik an der University of Rochester.Jetzt hat das Cardenas Lab einen Weg gefunden, diese optischen Arbeitspferde noch nützlicher und empfindlicher zu machen.Meiting Song, ein Doktorand, hat zum ersten Mal eine experimentelle Methode zur Verstärkung interferometrischer Signale – ohne eine entsprechende Zunahme von externen, unerwünschten Eingaben oder „Rauschen“ – auf einen integrierten photonischen Chip von 2 mm x 2 mm gepackt.Der in Nature Communications beschriebene Durchbruch basiert auf einer Theorie der Schwachwertverstärkung mit Wellenleitern, die von Andrew Jordan, einem Physikprofessor in Rochester, und Studenten in seinem Labor entwickelt wurde.Jordan und seine Gruppe untersuchen seit über einem Jahrzehnt die schwache Wertverstärkung.Sie haben die Modenanalyse auf neuartige Weise auf Freiraum-Interferometer mit Schwachwertverstärkung angewendet, die die Lücke zwischen Freiraum- und Wellenleiter-Schwachwertverstärkung überbrückt.Damit konnten sie die theoretische Machbarkeit der Integration einer Schwachwertverstärkung auf einem photonischen Chip nachweisen.„Grundsätzlich kann man sich die Schwachwert-Amplifikationstechnik so vorstellen, dass man die Verstärkung kostenlos bekommt.Es ist nicht gerade kostenlos, da Sie Leistung opfern, aber es ist fast kostenlos, weil Sie das Signal verstärken können, ohne Rauschen hinzuzufügen – was eine sehr große Sache ist“, sagt Cardenas.Jaime Cardenas (links) und Meiting Song im Cardenas Lab des Rochester Institute of Optics.Universität Rochester / J. Adam Fenster)Die Schwachwertverstärkung basiert auf der Quantenmechanik des Lichts und beinhaltet im Grunde, nur bestimmte Photonen, die die benötigte Information enthalten, auf einen Detektor zu lenken.Das Konzept wurde schon früher demonstriert, „aber immer mit einem großen Aufbau in einem Labor mit einem Tisch, einer Reihe von Spiegeln und Lasersystemen, alles sehr sorgfältig und sorgfältig ausgerichtet“, sagt Cardenas.„Meiting hat all das destilliert und in einen photonischen Chip gesteckt“, sagt Cardenas.„Und wenn Sie das Interferometer auf einem Chip haben, können Sie es auf einer Rakete oder einem Hubschrauber in Ihrem Telefon platzieren – wo immer Sie wollen – und es wird nie falsch ausgerichtet sein.“Der erstellte Geräte-Song sieht nicht wie ein herkömmliches Interferometer aus.Anstatt einen Satz geneigter Spiegel zu verwenden, um Licht zu beugen und ein Interferenzmuster zu erzeugen, enthält Song's Gerät einen Wellenleiter, der so konstruiert ist, dass er die Wellenfront eines optischen Felds durch den Chip ausbreitet.„Das ist eine der Neuheiten der Zeitung“, sagt Cardenas.„Niemand hat wirklich über Wellenfronttechnik auf einem photonischen Chip gesprochen.“Herkömmliche Interferometrie (links) erfordert einen aufwändigen Aufbau von Spiegeln und Lasersystemen, die alle sehr sorgfältig und sorgfältig ausgerichtet sind“, sagt Cardenas.Song „hat all das destilliert und in einen photonischen Chip gesteckt.“Der Chip (rechts) benötigt nur ein einziges Mikroskop.(Universität Rochester / J. Adam Fenster)Bei herkömmlichen Interferometern kann das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht werden, was zu einer aussagekräftigeren Eingabe führt, indem einfach die Laserleistung erhöht wird.Aber es gibt tatsächlich eine Einschränkung, sagt Cardenas, weil die herkömmlichen Detektoren, die mit Interferometern verwendet werden, nur so viel Laserleistung verarbeiten können, bevor sie gesättigt sind, an welchem ​​Punkt das Signal-Rausch-Verhältnis nicht erhöht werden kann.Das Gerät von Song beseitigt diese Einschränkung, indem es das gleiche Interferometersignal mit weniger Licht an den Detektoren erreicht, was Raum lässt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, indem die Laserleistung weiter erhöht wird.Fazit: „Wenn in Meitings schwachwertigem Gerät die gleiche Leistung wie in einem herkömmlichen Interferometer den Detektor erreicht, hat Meitings Gerät immer ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis“, sagt Cardenas.„Diese Arbeit ist wirklich cool, wirklich subtil, mit viel sehr schöner Physik und Ingenieurskunst im Hintergrund.“Die nächsten Schritte umfassen die Anpassung des Geräts für kohärente Kommunikation und Quantenanwendungen unter Verwendung gequetschter oder verschränkter Photonen, um Geräte wie Quantengyroskope zu ermöglichen.Weitere Mitarbeiter sind Yi Zhang und Juniyali Nauriyal vom Cardenas-Labor, John Steinmetz vom Institut für Physik und Astronomie und Kevin Lyons von Hoplite AI.Das Projekt wurde von AN Jordan Scientific in Partnerschaft mit Leonardo DRS und teilweise vom Centre for Emerging and Innovative Sciences (CEIS) finanziert.Die Herstellung wurde in der Cornell NanoScale Facility mit Unterstützung der National Science Foundation durchgeführt.Korrektur: In der Originalversion dieser Geschichte wurde die Chipgröße mit 1 mm x 1 mm angegeben, obwohl sie tatsächlich 2 mm x 2 mm beträgt.Rochester-Forscher stellen „Ultrabreitband“-Rekord mit verschränkten Photonen aufIngenieure haben sich das Phänomen der Quantenverschränkung zunutze gemacht, um beispiellose Bandbreite und Helligkeit auf chipgroßen nanophotonischen Geräten zu erzeugen.Neuartige gezwitscherte Pulse widersetzen sich der „konventionellen Weisheit“Rochester-Forscher haben eine bahnbrechende Technik weiterentwickelt, die erstmals am Labor für Laserenergie der Universität entwickelt wurde.Als Ergebnis haben sie Chirp-Impulse auf eine Weise erzeugt, die selbst mit relativ minderwertiger, kostengünstiger Ausrüstung funktioniert.Schlagworte: Featured-Post-Side, Hajim School of Engineering and Applied Sciences, Institute of Optics, Jaime Cardenas, Forschungsergebnisse