گروهی از پژوهشگران چینی با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی لیزری، راهی برای دیدن اشیاء کوچک از فواصل بسیار دور یافته‌اند که می‌تواند متنی به کوچکی چند میلی‌متر را از فاصله ۱.۳۶ کیلومتری آشکار سازد.
دانشمندان سیستمی را توسعه داده‌اند که با استفاده از چندین پرتو لیزر برای روشن کردن هدف و یک جفت تلسکوپ کوچک برای جمع‌آوری نور بازتاب شده، قادر است تصاویری با جزئیات شگفت‌انگیز ثبت کند. این تیم نشان داده است که روش آن‌ها می‌تواند حروفی به عرض چند میلی‌متر را از فاصله یک مایلی (۱.۳۶ کیلومتری) تصویربرداری کند، که نشان‌دهنده بهبود ۱۴ برابری در وضوح نسبت به یک تلسکوپ معمولی است.
تداخل‌سنجی یا Interferometry در اخترشناسی رادیویی امری رایج است، اما استفاده از این روش برای تداخل‌سنجی شدت (intensity interferometry) در نور لیزر رویکرد متفاوتی دارد. در این روش نور از یک منبع واحد در دو آشکارساز مجزا ثبت شده و نوسانات شدت دو سیگنال با هم مقایسه می‌شوند. سپس با تحلیل تفاوت‌های نور رسیده به دو آشکارساز، اطلاعات جسمی که لیزر به ان تابانده شده است استخراج می‌شود.
جهشی در دقت تصویربرداری با الهام از اخترشناسی
تداخل‌سنجی شدت، که اولین بار در سال ۱۹۵۶ به نمایش درآمد، در اندازه‌گیری قطر ستارگان مفید بوده است. با این حال، این تکنیک نسبت به تداخل‌سنجی دامنه کمتر رایج است، زیرا تداخل‌سنجی دامنه معمولاً نسبت سیگنال به نویز بالاتری ارائه می‌دهد که فرایند تحلیل سیگنال‌ها را راحت‌تر می‌کند.
اما به گفته چیانگ ژانگ از دانشگاه علم و فناوری چین، در «شرایط نامنظم» مانند تصویربرداری نوری در حضور تلاطمات جوی یا تصویربرداری پزشکی که در آن سیگنال از بافت‌های بدن عبور می‌کند، نور تا حدی دچار پراکندگی و درهم‌ریختگی می‌شود و استفاده از این روش با چالش مواجه می‌شود.
تاکنون، اهداف تداخل‌سنجی شدت یا اجرام درخشان دوردست (مانند ستارگان) بوده‌اند یا اجرام غیرنورانی که توسط یک منبع نزدیک روشن می‌شوند. اما اکنون، ژانگ و همکارانش یک تداخل‌سنج شدت برای تصویربرداری از راه دور توسعه داده‌اند.
این سیستم شامل دو تلسکوپ و یک سیستم لیزر مادون قرمز است که همگی روی یک میز نوری نصب شده‌اند. نور لیزر، هدف را که در آزمایش‌های این تیم در ساختمانی دیگر در فاصله یکی مایل (۱.۳۶ کیلومتر) قرار داشت، روشن می‌کند و نور لیزر بازتاب شده از هدف توسط دو آشکارساز دریافت و با هم مقایسه می‌شود تا مشخصات هدف به دست آید.
چالش اصلی در این روش، همدوس (coherent) بودن نور لیزر است که باعث می‌شود نوسانات مشاهده شده تحت تأثیر نوسانات داخلی لیزر قرار گیرند. برای جلوگیری از این مشکل، تیم تحقیقاتی لیزر ۱۰۰ میلی‌واتی خود را به هشت پرتو تقسیم کردند. هر پرتو مسیر کمی متفاوتی را طی می‌کند و بنابراین یک نویز فاز تصادفی متفاوت به آن اضافه می‌شود. این روش با از بین بردن همدوسی سیگنال، باعث قابل مشاهده شدن اثرات تداخلی می‌شود.
برای نمایش قابلیت‌های سیستم، تیم مجموعه‌ای از اهداف ۸ میلی‌متری را که هر کدام از یک ماده بازتابنده متفاوت ساخته شده و حرفی روی آن حک شده بود، ایجاد کردند. برای تولید تصویر، محققان فاصله بین دو تلسکوپ را از ۷ تا ۸۷ سانتی‌متر تغییر دادند و همچنین هدف را به تدریج ۳۶۰ درجه چرخاندند.
در همین رابطه بخوانید:
– این نورون لیزری یک میلیارد بار سریع‌تر از نمونه طبیعی است
– با این لیزر 500 دلاری، هر کسی می‌تواند CPU شما را هک کند
با آشکارسازی نور لیزر بازتابی و تحلیل همبستگی در نوسانات شدت، محققان توانستند شکل حروف را بازسازی کنند. این روش در نهایت به دقتی معادل با ۳ میلی‌متر دست یافت، در حالی هر یک از تلسکوپ‌ها به تنهایی وضوحی معادل ۴۲ میلی‌متر داشت که برای تشخیص حروف بسیار ضعیف است.
ژانگ و همکارانش قصد دارند این فناوری را با بهبود کنترل نور لیزر و همچنین استفاده ازیادگیری عمیق در بازسازی تصویر، بیشتر توسعه دهند. به گفته ژانگ، یکی از کاربردهای بالقوه این فناوری می‌تواند شناسایی زباله‌های فضایی باشد.
نتایج این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
source