Investigadores en China crearon un láser muy eficaz que puede leer caracteres de un milímetro de tamaño desde más de 1 kilómetro de distancia. De acuerdo con un artículo publicado este mes en la revista Physical Review Letters, el dispositivo opera mediante una técnica conocida como interferometría de intensidad activa.

Uno de los trucos de los astrónomos para observar objetos lejanos es la interferometría de intensidad, que consiste en comparar las fluctuaciones de intensidad registradas en dos telescopios separados. Los investigadores han aplicado ahora esta técnica a la obtención de imágenes de objetos remotos en la Tierra. Han desarrollado un sistema que utiliza múltiples rayos láser para iluminar un objetivo lejano y un par de pequeños telescopios para recoger la luz reflejada.

El equipo demostró que este interferómetro de intensidad puede obtener imágenes de letras de milímetros de ancho a una distancia de 1.36 km, lo que supone una mejora de 14 veces en la resolución espacial en comparación con un solo telescopio. La interferometría es habitual en la radioastronomía, donde las amplitudes de las señales de una gran red de radiotelescopios se suman de forma que depende de las fases relativas de las ondas de radio.

Con una primera demostración en 1956, la interferometría de intensidad ha demostrado su utilidad para medir el diámetro de las estrellas. Sin embargo, esta técnica es menos común que la interferometría de amplitud, ya que esta última suele ofrecer una señal más fuerte en comparación con el ruido. Pero hay situaciones “desordenadas” en las que la luz se mezcla parcialmente y la interferometría de amplitud se vuelve difícil, según Qiang Zhang, de la University of Science and Technology of China. Estas situaciones incluyen la obtención de imágenes ópticas en presencia de turbulencias atmosféricas y la obtención de imágenes biomédicas a través de tejidos.

Visión de futuro. Izquierda: El sistema interferométrico incluye varios láseres para iluminar el objetivo y un par de detectores para recoger la luz reflejada. Derecha: Se muestran cuatro objetivos con letras y sus imágenes reconstruidas. Crédito de imagen: University of Science and Technology of China / L.-C. Liu et al.

Hasta ahora, los objetivos de la interferometría de intensidad eran objetos brillantes y distantes (como las estrellas) u objetos no luminosos que podían iluminarse con una fuente cercana. Zhang y sus colegas han desarrollado ahora un interferómetro de intensidad para obtener imágenes remotas a través de la atmósfera. Consiste en dos telescopios y un sistema láser infrarrojo instalados en el mismo banco óptico. La luz láser ilumina el objeto objetivo, que en las pruebas del equipo se encontraba en otro edificio a 1.36 km de distancia.

El principal reto es que la luz láser es coherente —los fotones tienen fases relacionadas—, lo que hace que las fluctuaciones de intensidad observadas estén dominadas por las variaciones internas del láser (el llamado ruido de disparo). Para evitar este problema, el equipo dividió su láser de 100 milivatios en ocho haces. Cada haz recorre una trayectoria ligeramente diferente a través de la atmósfera turbulenta y, por lo tanto, recibe una perturbación de fase aleatoria diferente. Contrariamente a lo que cabría esperar, esta iluminación incoherente hace que los efectos de interferencia sean observables.

Para demostrar las capacidades del sistema, el equipo creó una serie de objetivos de 8 mm de ancho, cada uno de ellos fabricado con un material reflectante y con una letra impresa. Para generar una imagen, los investigadores variaron la separación entre los dos telescopios de 7 a 87 cm. También giraron el objetivo gradualmente 360°. Al detectar la luz láser reflejada y analizar las correlaciones en las fluctuaciones de intensidad, los investigadores pudieron reconstruir las formas de las letras. Las observaciones demostraron una resolución de 3 mm, mientras que uno de los telescopios por sí solo tendría una resolución de 42 mm, demasiado pobre para distinguir las letras.

Zhang y sus colegas planean desarrollar aún más esta tecnología mejorando el control sobre la luz láser. También planean incorporar el aprendizaje profundo en el software de reconstrucción de imágenes. Zhang afirma que una posible aplicación podría ser la detección de desechos espaciales, ya que la luz láser podría dirigirse hacia objetos cercanos en órbita.

Los hallazgos de la investigación titulada “Active Optical Intensity Interferometry” han sido publicados en Physical Review Letters.

[FT: physics.aps.org]

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Por: CodigoOculto.com