Teknik Pengukuran Laser untuk Struktur Tersembunyi
Teknik Pengukuran Laser untuk Struktur Tersembunyi
Sinaran laser dapat digunakan untuk mengukur posisi atau kecepatan objek secara presisi. Biasanya, however, tampilan yang jelas dan tidak terhalang dari objek ini diperlukan — dan prasyarat ini tidak selalu terpenuhi. Dalam biomedisina, misalnya, struktur yang diperiksa adalah yang tertanam dalam lingkungan yang tidak teratur dan rumit. Di sana, sinaran laser dibelokkan, dicatarkan, dan dibiasakan, seringkali membuatnya tidak mungkin untuk mendapatkan data yang berguna dari pengukuran.
Namun, peneliti kini telah dapat menunjukkan bahwa hasil yang bermakna dapat diperoleh bahkan dalam lingkungan yang rumit seperti itu. Memang, ada cara untuk secara spesifik memodifikasi sinaran laser sehingga memberikan informasi yang diinginkan bahkan dalam lingkungan yang kompleks dan tidak teratur — dan tidak hanya perkiraan, tetapi secara fisik optimal. Alam tidak mengizinkan lebih banyak presisi dengan cahaya laser koheren. Teknologi baru dapat digunakan di berbagai bidang aplikasi, bahkan dengan berbagai jenis gelombang.
“Anda selalu ingin mencapai akurasi pengukuran yang terbaik — itu adalah elemen pusat dari ilmu alam,” kata Stefan Rotter dari TU Wien. “Mari kita pikirkan, misalnya, fasilitas LIGO yang besar, yang digunakan untuk mendeteksi gelombang gravitasi. Di sana, Anda mengirim sinaran laser ke cermin, dan perubahan jarak antara laser dan cermin diukur dengan presisi ekstrim.” Ini hanya bekerja begitu baik karena sinaran laser dikirim melalui vakum ultra-tinggi. Gangguan apa pun, sekecil apa pun, harus dihindari.
Tetapi apa yang bisa Anda lakukan ketika Anda berhadapan dengan gangguan yang tidak dapat dihapus? Bayangkan panel kaca yang tidak sepenuhnya transparan, tapi kasar dan tidak dipoles seperti jendela kamar mandi. Cahaya dapat melewati, tapi tidak dalam garis lurus. Gelombang cahaya diubah dan dicatarkan, jadi kita tidak dapat melihat objek di sisi lain jendela dengan mata telanjang dengan akurat. Situasi cukup mirip ketika Anda ingin memeriksa objek kecil di dalam jaringan biologis: lingkungan yang tidak teratur mengganggu sinaran cahaya. Sinaran laser lurus dan teratur sederhana kemudian menjadi pola gelombang yang rumit yang dibelokkan ke segala arah.
Namun, jika Anda tahu tepat apa yang dilakukan lingkungan yang mengganggu terhadap sinaran cahaya, Anda dapat membalikkan situasi. Kemudian mungkin untuk menciptakan pola gelombang yang rumit, yang kemudian diubah menjadi bentuk yang tepat yang diperlukan untuk mengoreksi gangguan, dan tepat di tempat yang dapat memberikan hasil terbaik. Untuk mencapai ini, Anda bahkan tidak perlu tahu tepat apa gangguan tersebut, cukup untuk pertama kali mengirim serangkaian gelombang percobaan melalui sistem untuk mempelajari bagaimana mereka diubah oleh sistem.
Peneliti mengembangkan prosedur matematika yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung gelombang optimal dari data uji ini. Dapat ditunjukkan bahwa untuk berbagai pengukuran ada gelombang tertentu yang memberikan informasi maksimum seperti, misalnya, pada koordinat spasial di mana objek tertentu berada.
Ambil objek yang tersembunyi di balik panel kaca keruh: ada gelombang cahaya optimal yang dapat digunakan untuk mendapatkan informasi maksimum tentang apakah objek telah bergerak sedikit ke kanan atau sedikit ke kiri. Gelombang ini terlihat rumit dan tidak teratur tetapi kemudian diubah oleh panel kaca keruh dengan cara sehingga tiba di objek dengan cara yang diinginkan dan mengembalikan jumlah informasi yang terbesar ke aparatur pengukuran eksperimental.
Fakta bahwa metode ini sebenarnya berhasil dikonfirmasi secara eksperimental di Utrecht University (Utrecht, Belanda). Sinaran laser diarahkan melalui medium yang tidak teratur dalam bentuk plate keruh. Perilaku pencataran medium dikarakterisasi. Kemudian gelombang optimal dihitung untuk menganalisis objek di balik plate — ini berhasil, dengan presisi dalam rentang nano-meter.
Kemudian tim melakukan pengukuran lebih lanjut untuk menguji batas metode mereka. Jumlah foton dalam sinaran laser secara signifikan dikurangi untuk melihat apakah seseorang masih mendapatkan hasil yang bermakna. Dengan cara ini, mereka dapat menunjukkan bahwa metode ini tidak hanya bekerja tetapi bahkan optimal dalam arti fisik. Mereka menemukan bahwa presisi metode mereka hanya dibatasi oleh yang disebut quantum noise. Kebisingan ini berasal dari fakta bahwa cahaya terdiri dari foton — tidak ada yang dapat dilakukan tentang itu. Namun dalam batas apa yang diizinkan oleh fisika kuantum untuk sinaran laser koheren, kita sebenarnya dapat menghitung gelombang optimal untuk mengukur hal yang berbeda. Tidak hanya posisi, tetapi juga gerakan atau arah rotasi objek.
