غلبه بر تقابل نزدیک به صد ساله بین وضوح طول موج و فاصله

2 آگوست 2023 -توسط دانشگاه چپمن

شماتیک های تجربی محدوده فضای آزاد (الف) و موج هدایت شونده (ب) و (ج). با استفاده از تکنیک‌های تخمین پارامتر در شکل موج‌های کلاس تداخل، فاصله بین دو عمق پراکندگی را از یک هدف که در غیر این صورت موقتاً حل می‌شود، تخمین می‌زنیم. اعتبار: Physical Review Letters (2023).

توابع جدید رادار تداخلی که توسط تیمی از محققان دانشگاه چپمن و سایر موسسات به کار گرفته شده است، وضوح فاصله بین اجسام را با استفاده از امواج رادار بهبود می بخشد. نتایج ممکن است پیامدهای مهمی در امور نظامی، ساخت و ساز، باستان شناسی، کانی شناسی و بسیاری از حوزه های دیگر کاربردهای رادار داشته باشد.

این اولین آزمایش اثبات اصل است که ، حوزه جدیدی از تحقیقات را با کاربردهای احتمالی زیادی باز می کند که می تواند صنعت رادار چند میلیارد دلاری را متحول کند. راه‌های جدید زیادی وجود دارد که هم در تئوری و هم تجربی می‌توان دنبال کرد.

این کشف به مشکل 9 دهه ای می پردازد که دانشمندان و مهندسان را ملزم می کند تا جزئیات و وضوح را فدای فاصله رصدی – زیر آب، زیرزمینی و هوا – کنند. دامنه قبلی فاصله تخمین زده شده بین اجسام را به یک چهارم طول موج امواج رادیویی محدود می کرد. این فناوری وضوح فاصله بین اجسام را با استفاده از امواج رادار بهبود می بخشد.

جان هاول، نویسنده اصلی مقاله که در Physical Review Letters منتشر شد، می‌گوید: «ما معتقدیم که این کار مجموعه‌ای از برنامه‌های کاربردی جدید را باز می‌کند و همچنین فناوری‌های موجود را بهبود می‌بخشد. او می افزاید:  در این رابطه امکان مین زدایی انسان دوستانه بصورت  کارآمد یا انجام سنجش پزشکی با وضوح بالا و غیرتهاجمی بسیار انگیزه دهنده است.

هاول و تیمی از محققان مؤسسه مطالعات کوانتومی در دانشگاه چپمن، دانشگاه عبری اورشلیم، دانشگاه روچستر، مؤسسه پیرامونی و دانشگاه واترلو وضوح برد را بیش از 100 برابر بهتر از حدی که مدت‌ها تصور می‌شد نشان داده‌اند. . این نتیجه مبادله بین وضوح و طول موج را می شکند و به اپراتورها اجازه می دهد از طول موج های بلند استفاده کنند و اکنون وضوح فضایی بالایی دارند.

محققان با استفاده از توابع شیب دار و زمان صفر نشان دادند که اندازه گیری تغییرات بسیار کوچک در شکل موج برای پیش بینی دقیق فاصله بین دو جسم در حالی که هنوز در برابر تلفات جذب قوی است، امکان پذیر است. برای یک باستان شناس، این توانایی تشخیص یک سکه در اعماق زمین از یک خرده سفال را ایجاد می کند.

ایده پیشرفت متکی بر برهم نهی شکل موج های خاص ساخته شده است. هنگامی که یک موج رادیویی از دو سطح مختلف منعکس می‌شود، امواج رادیویی بازتاب‌شده اضافه می‌شوند و یک موج رادیویی جدید تشکیل می‌دهند. تیم تحقیقاتی از پالس‌های هدفمند برای تولید نوع جدیدی از پالس‌های روی هم استفاده می‌کند. موج مرکب دارای ویژگی‌های زیرموج منحصربه‌فردی است که می‌توان از آن برای پیش‌بینی فاصله بین اجسام استفاده کرد.

اندرو جردن، مدیر مطالعات کوانتومی در دانشگاه چپمن می‌گوید: “در مهندسی رادیو، تداخل کلمه کثیفی است و به عنوان یک اثر مخرب در نظر گرفته می‌شود. در اینجا، ما این نگرش را در آن قرار می‌دهیم، و از اثرات تداخل موجی برای شکستن محدودیت‌های طولانی مدت در محدوده رادار بر اساس درجه‌های بزرگی استفاده می‌کنیم.” “در سنجش از راه دور رادار، تنها مقدار کمی از تابش الکترومغناطیسی به آشکارساز بازگردانده می شود. شکل موج های طراحی شده ای که ما طراحی کرده ایم دارای ویژگی مهم خودارجاعی هستند، بنابراین ویژگی های هدف را می توان از از دست دادن سیگنال متمایز کرد.”

هاول می افزاید: “ما اکنون در حال کار برای نشان دادن این هستیم که نه تنها می توان فاصله بین دو جسم را اندازه گیری کرد، بلکه بسیاری از اجسام را اندازه گیری کرد یا خصوصیات دقیق سطوح را انجام داد.”