科學家“擾亂”激光，實現精密測量的突破性進展

大多數情況下，在處于受干擾的狀態下我們無法專心工作。但與這種普遍狀況相反，來自阿德萊德大學和蘇格蘭圣安德魯斯大學的一組研究人員，最近通過“干擾”激光在精確測量方面取得了突破。

研究者表示，團隊利用光的波動特性來創建由于干涉而產生的顆粒狀圖案，稱為“散斑”，它提供了對光和環境的敏感探測。這種方法將推進光學和量子傳感技術，增強下一代傳感器的性能，并產生新的測量設備，這些設備可能具有多種用途，包括醫療保健。

研究者解釋，通過使用一塊人類頭發寬度的玻璃纖維或一個空心球體，將光線打亂成一種被稱為“散斑”的顆粒狀圖案，其中光線在出現之前會反彈很多次。這樣，散斑的原理可以直觀地展示出來。

如果將激光筆照射在粗糙的表面上，比如涂漆的墻壁或一塊磨砂膠帶，激光發出的光就會被打亂成顆粒狀的散斑圖案。

研究者說道，通常，我們認為擾亂信號意味著會丟失信息，但這里并非如此。如果移動激光，可以看到的確切圖案會發生巨大變化。正是這種對變化的敏感性使得散斑成為一個很好的選擇精密測量。

該團隊已經使用這些散斑圖案來測量光的波長（或顏色），其精度為阿米（attometer），這相當于測量足球場的長度，精度相當于一個原子的大小。在最新進展中，團隊使用散斑來測量氣體的折射率。材料的折射率可以反映光在該材料中的傳播速度，并且該折射率的變化可用于尋找材料特性的細微變化。

該團隊希望這項研究工作不僅適用于醫療保健，也適用于具有各種應用的現場便攜式傳感器，包括檢測液體中的微量氣體或少量化學物質。

題為Measurement of Variations in Gas Refractive Index with 10–9 Resolution Using Laser Speckle的相關研究論文發表在《ACS光子學》(ACS Photonics)上。

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論文原文：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.1c01355

標簽： 精密測量