Forscher entwickeln ultraschnellen Wellenmesser mit spektral-räumlicher-zeitlicher Abbildung

Genaue Hochgeschwindigkeitsmessungen der Wellenlänge sind für die optische Forschung und industrielle Anwendungen wie Umweltüberwachung, biomedizinische Analyse und Materialcharakterisierung von grundlegender Bedeutung.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass ein ungeordnetes Streumedium wie eine Multimodefaser ein wellenlängenabhängiges Speckle-Muster erzeugen kann, das eine hohe spektrale Auflösung und eine breite Betriebsbandbreite in einer kompakten Struktur bietet. Die Messgeschwindigkeiten aktueller Speckle-Spektrometer sind jedoch durch Kameras begrenzt, was ihre Anwendungsmöglichkeiten begrenzt.

In einem neuen Papier veröffentlicht In Licht: Fortschrittliche FertigungEin Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Ming Tang und Dr. Hao Wu von der Huazhong University of Science and Technology in China sowie mit den Doktoranden Zheng Gao und Ting Jiang als Co-Erstautoren hat einen ultraschnellen Wellenmesser auf Basis von Multimode- und Multicore-Fasern entwickelt, der eine spektral-räumliche-zeitliche Abbildung verwendet.

Durch die Integration der Speckle-Muster-Eigenschaften von Multimode-Fasern mit den Sampling-Funktionen von Multicore-Fasern erreicht diese neue Methode eine spektrale Messgeschwindigkeit von 100 MHz ohne Kompromisse bei der Genauigkeit.

Die Wissenschaftler fassen das Funktionsprinzip ihres Wellenmessers wie folgt zusammen: „Um diese Geschwindigkeitsbeschränkung zu überwinden, haben wir Mehrkernfasern eingeführt und ein innovatives Spektral-Raum-Zeit-Abbildungsschema vorgeschlagen. Wir haben Mehrkernfasern mit dem Ausgangsende von Multimodefasern verbunden und jeden Kern zum Abtasten des Speckle-Musters verwendet, wodurch die Intensitätsverteilung effektiv in eine Impulssignalfolge umgewandelt wurde. Infolgedessen wurden herkömmliche Kameras durch Hochgeschwindigkeits-Einzelpixel-Fotodetektoren ersetzt, wodurch die Bildratenbeschränkungen überwunden und ein Sprung in der Messgeschwindigkeit erreicht wurde.“

„Wir haben experimentell eine Messrate von 100 MHz bei gleichzeitig hoher Auflösung von 2,7 pm nachgewiesen. Diese Messmethode hat ein erhebliches Anwendungspotenzial in vielen Bereichen.“