Nowy ultraprecyzyjny laserowy system lokalizacji z dużych odległości

Nowy ultraprecyzyjny laserowy system lokalizacji z dużych odległości

Naukowcy z National Institute of Standards and Technology (NIST) opracowali laserowy system lokalizacji, który jest w stanie wskazać wiele obiektów z nanometrową dokładnością z odległości 100 kilometrów.

Nowy system LIDAR mógłby znaleźć zastosowanie zarówno w precyzyjnych liniach produkcyjnych, jak i sieciach satelitów, które ułożone w odpowiedni sposób tworzyłyby gigantyczną platformę do poszukiwania nowych planet.

Tradycyjny system LIDAR jest połączeniem lasera z teleskopem. Laser wysyła poprzez specjalny układ optyczny bardzo krótkie i dokładnie odmierzone, ale silne impulsy światła o konkretnej długości fali i w określonym kierunku. Światło to ulega po drodze rozproszeniu, które jest obserwowane za pomocą teleskopu, znajdującego się w tym samym urządzeniu, a następnie rejestrowane za pomocą czułego detektora – fotodiody lub fotopowielacza, który bada natężenie zaobserwowanego rozproszonego światła. Otrzymane dane są następnie analizowane komputerowo. LIDAR służy do wyznaczania przejrzystości powietrza, badania koncentracji zanieczyszczeń w atmosferze i detekcji ich składu, wykrywania obszarów o odmiennej temperaturze, pomiaru ruchów powietrza na dużych odległościach itp.

Opracowany przez naukowców z NIST nowy LIDAR łączy w sobie unikalne możliwości, obejmujące precyzję, częste uaktualnianie równocześnie z wielu punktów odniesienia, czy minimalna niepewność pomiaru. System może aktualizować pomiary dotyczące wielu obiektów co 200 mikrosekund.

Żaden inny system lokalizacji nie oferuje takiego połączenia cech. LIDAR NIST mógłby umożliwić satelitom ścisłą współpracę czyniąc z nich właściwie jeden instrument. Takie szczególne ułożenie współpracujących ze sobą satelitów zwiększyłoby możliwości w zakresie poszukiwania nowych planet, pozwoliłoby obrazować czarne dziury przy pomocy wielu teleskopów pracujących promieniami X, czy wreszcie badać właściwości pola grawitacyjnego.

Nowy LIDAR czerpie swoją siłę z połączenia dwóch różnych modeli pomiaru odległości: metody pomiaru czasu przelotu (ToF), oraz interferometrii. system polega na parze tzw. grzebieni częstotliwości, narzędzi służących do precyzyjnych pomiarów z wykorzystaniem światła o różnych częstotliwościach. Grzebienie wykorzystywane w LIDARze bazują na ultraszybkich pulsacyjnych laserach włókowych, które są mniejsze i bardziej przenośne od klasycznych grzebieni, które generują światło z kryształów. Oba grzebienie pracują z nieco różną liczbą pulsów na sekundę. Pulsy pochodzące z pierwszego grzebienia są odbijane od ruchomego obiektu oraz nieruchomego układu odniesienia. Drugi grzebień służy jako precyzyjny timer, mierząc opóźnienie pomiędzy sygnałem odbitym od obiektu i układu odniesienia. Następnie komputer oblicza odległość pomiędzy celem i układem odniesienia, mnożąc czas opóźnienia przez prędkość światła.

(lk)