Vědci z Katedry optiky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého vyvinuli miniaturní optický senzor, který s pomocí umělé inteligence dokáže přesně měřit polarizaci světla i v případě, že pracuje pouze s jednotlivými částicemi světla – fotony. Unikátní senzor díky tomu získá detailní informace o světle v prostředích, kam se běžné přístroje nevejdou, například v mikroskopii, biomedicíně nebo při zkoumání nových materiálů.
Světlo nenese jen informaci o barvě či jasu. Důležitá je i jeho polarizace, tedy směr, ve kterém světelné vlny kmitají. Polarizace totiž dokáže odhalit jemné změny v biologických tkáních nebo v materiálech. V malém prostoru nebo v komplikovaných podmínkách ale bývá technicky velmi obtížné polarizaci přesně změřit.
Interference ve vlákně a neuronová síť jako tlumočník
Odborníci z Laboratoře kvantové optiky (QOLO) tuto překážku překonali díky velmi krátkému speciálně zvolenému optickému vláknu, ve kterém vznikají charakteristické interferenční vzory nesoucí informaci o tom, jak je světlo polarizované. Aby bylo možné složitá data převést do srozumitelné podoby, vědci do jejich interpretace zapojili umělou neuronovou síť, která vzory „přeloží“ a okamžitě určí, jak je světlo uspořádáno. Systém tak dokáže v reálném čase určit úplný stav polarizace s chybou menší než jedno procento.
„Díky kompaktnímu provedení bez pohyblivých částí a své vysoké rychlosti dokáže senzor zpracovat tisíce měření za sekundu, přičemž zůstává mimořádně stabilní. Během testů si zachoval přesnost i po více než měsíci bez jakékoli rekalibrace," vysvětlil Martin Bielak z Katedry optiky, podle kterého se jedná o atraktivní nástroj nejen pro laboratorní výzkum. „Lze ho využít například při endoskopických vyšetřeních, monitorování materiálového pnutí nebo v kvantových měřeních, kde je klíčová práce s jednotlivými fotony,“ podotkl.
Neuronová síť rozluští řeč světla
Srdcem celého systému je neuronová síť, která funguje jako tlumočník mezi měřicím systémem a pozorovatelem. „Rozluští složité interferenční vzory a převede je na jasnou informaci o polarizaci, a to s přesností, kterou standardní výpočetní metody ze stejných dat nedokážou nabídnout,“ řekl Dominik Vašinka z Katedry optiky.
Výzkum podle Miroslava Ježka z Katedry optiky přináší zcela nový přístup k měření polarizace světla v extrémních podmínkách. „Je to výsledek několikaleté práce a široké spolupráce podpořené Grantovou agenturou ČR, Interní grantovou agenturou UP, Katedrou optiky Přírodovědecké fakulty UP a Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR v rámci programu OP JAK ITI Optické technologie,“ dodal vědec.
Výsledky práce olomouckých vědců zveřejnil prestižní časopis Laser & Photonics Reviews.
Autorka: Šárka Chovancová
- Autor článku: ne
- Zdroj: Univerzita Palackého v Olomouci
