4. januar 2022, kl. 14:52
Ultrapræcise lasere kan bruges til optiske atomure, kvantecomputere, overvågning af elkabler og meget mere. Men alle lasere har støj, som forskere fra DTU Fotonik nu vil bruge maskinlæring til at minimere.
Den perfekte laser findes ikke. Der vil altid være en smule fasestøj, fordi laserlysets frekvens flytter sig lidt frem og tilbage. Imidlertid kommer man stadig tættere på den perfekte laser ved at reducere støjen, hvilket ikke mindst er helt afgørende ved anvendelser i optiske atomure og optiske måleinstrumenter, fastslår DTU Fotonik-professor Darko Zibar.
En måde at komme tættere på en ultrapræcis laser er, hvis man kan lære fasestøjen at kende. Så kan man måske finde en måde at kompensere for den, så resultatet bliver en renere og mere præcis laserstråle, påpeger han videre.
Darko Zibar er derfor leder af en forskningsgruppe, hvor målet er at udvikle og benytte maskinlæring til at forbedre optiske systemer. Senest har forskere fra gruppen karakteriseret støjen fra et lasersystem fra det danske firma NKT Photonics med en hidtil uset præcision.
Darko Zibar står således i spidsen for udviklingen af en algoritme, der kan analysere og finde mønstre i laserlyset ved hjælp af maskinlæring, hvor en model for støjen hele tiden bliver forbedret. På den baggrund håber forskergruppen at kunne udvikle en form for intelligent filter, som løbende renser laserstrålen for støj.
Når laserstøjen kendes, kan den bekæmpes efter nogenlunde samme princip, som bruges i støjreducerende hovedtelefoner. Her opfanger mikrofoner lyd fra omgivelserne, og så sendes der et signal i modfase til højttalerne, så støjen og det nye signal udslukker hinanden, og resultatet er stilhed.
Hvis teknikken kan bruges til at forbedre lasere ved at fjerne en stor del af støjen, så lyset stort set ikke varierer i frekvens, kan optiske måleinstrumenter få større følsomhed og længere rækkevidde. Hos NKT Photonics kan teknologien i første omgang blive brugt til distribueret akustisk sensing, hvor et lyslederkabel bruges som sensor til måling af ganske små vibrationer. Distribueret akustisk sensing kan bruges til forskellige former for overvågning. F.eks. kan en optisk fiber lægges langs en olie- eller gasledning, så eventuelle brud lynhurtigt kan opdages. Eller teknologien kan bruges til at overvåge hegnet om en lufthavn eller ved en landegrænse – hvis der klippes hul i hegnet, eller nogen prøver at klatre over, kan teknologien ikke alene fortælle, hvad der er sket, men også hvor det er sket.
Sådan et optisk overvågningssystem fungerer ved, at en laserstråle sendes ind i den optiske fiber, og undervejs tilbagekastes en smule af lyset af bittesmå urenheder i fiberen. Men hvis fiberen påvirkes undervejs, ændres egenskaberne af det tilbagekastede lys også, og det kan måles. Selv ganske svage vibrationer kan opfanges og lokaliseres med stor nøjagtighed.
