Фиксация фотонов с частотой быстрее 300 ТГц

[PHWizard]

Допустим:
У нас есть задача с Земли сфотографировать планету у Проксимы Центавра в видимом или инфракрасном спектре.
Для решения задачи мы разработали конструкцию оптического интерферометра с синтетической апертурой и решили все прочие проблемы на проекте, кроме одной, самой главной:

необходимо придумать, как фиксировать фазовую информацию световых волн с частотой более 300 Терагерц

То есть грубо говоря, сверху падает свет в виде фотонов, а нам нужно мелькнуть какой-то фиксирующей подложкой, чтобы запечатлеть несколько кадров с частотой 300 ТГц. Какие существуют способы это сделать?

Приходят на ум такие варианты, как выстреливать фотопластиной вдоль окошка объектива, или вращающийся барабан с светочувствительным покрытием + окошко + набор противоположно вращающихся барабанов для достижения заданной частоты затвора. Может быть есть какие-то более элегантные и реалистичные варианты с использованием физических или химических эффектов, способных дать искомую частоту?

[DimaM]

PHWizard в сообщении #1155909 писал(а):

Приходят на ум такие варианты, как выстреливать фотопластиной вдоль окошка объектива, или вращающийся барабан с светочувствительным покрытием + окошко + набор противоположно вращающихся барабанов для достижения заданной частоты затвора.

За время $1/3\cdot 10^{14}$ с движущийся со скоростью 10 км/с предмет проедет примерно 0.3 ангстрема.
Так что механические способы не подойдут (или придется сильно урезать осетра).
А вы уже умеете зафиксировать изображение с выдержкой $1/3\cdot 10^{14}$ с?

[AlexNew]

Для регистрации фазы существую фото датчики основные на том же принципе что и супергетеродинные приемники.

[upgrade]

Взять много фотопластинок.
Первую пластинку открыть в 0 сек от поступления светового пучка. Вторую пластинку открыть в $1+1/3\cdot 10^{14}$ сек, третью в $11+1/3\cdot 10^{14}$ ...
То есть предположить, что световые колбаски одинаковой длины имеют одинаковую "структуру при их срезе в одном и том же месте" в какое бы время они ни появились.
Затем первую колбаску отрезать фотопластиной в начале, вторую (или десятую) - в середине и так далее. Как делают фото стробоскопами, только здесь стробят фотопластинами.
Получится статистика. Скажем пластины, открытые в $2,3,4$ ... секунды от начала появления светового пучка будут иметь один и тот же рисунок, а в $1.5,1.7,1.9$ - другой (или разный). Эту статистику нужно будет просто корректно обработать. Итого надо будет два значения - рисунок фотопластинки и интервал от момента появления светового пучка (открытия шторки для света) до момента открытия фотопластинки (открытия шторки у пластинки).

[upgrade]

Еще вариант: на пути пучка ставится полупрозрачное зеркало, разделяющее пучок на две части, одна часть падает на базовую пластинку, другая на индикаторную - делаем серию снимков. Затем сдвигаем индикаторную - серия снимков.

[DimaM]

upgrade в сообщении #1155974 писал(а):

Затем сдвигаем индикаторную

Напомню, что это требуется сделать быстрее, чем за $10^{-14}$ с.

[upgrade]

Здесь важно получить точные значения смещения индикаторной пластинки относительно базовой - точность смещения должна быть не хуже длины волны света частотой 300 ТГц. Тогда получится табличка: пара снимков (базовые снимки, которым соответствуют индикаторные) и данные о смещении. Из этой таблички надо будет выбрать пары снимков, которые больше других совпадают друг с другом, затем по данным о смещении восстановить "срезы" среднего светового пучка, который был в эксперименте.
То есть поставили пластинки на одинаковом расстоянии от источника света, сделали десять тысяч пар снимков.
Сдвинули индикаторную пластину на тысячную долю длины волны излучения - еще десять тысяч пар снимков.
И так далее.

[DimaM]

upgrade в сообщении #1155985 писал(а):

Здесь важно получить точные значения смещения индикаторной пластинки относительно базовой - точность смещения должна быть не хуже длины волны света частотой 300 ТГц.

Насколько я понял автора темы, 300 ТГц - это не частота света, а потребная частота кадров.

[upgrade]

Он и получит 300 ТГц частоту кадров и даже больше. Но увидит он на такой съемке не конкретный световой пучок, а средний световой пучок из серии порядка нескольких миллионов.

[Munin]

PHWizard в сообщении #1155909 писал(а):

необходимо придумать, как фиксировать фазовую информацию световых волн с частотой более 300 Терагерц

То есть грубо говоря, сверху падает свет в виде фотонов, а нам нужно мелькнуть какой-то фиксирующей подложкой, чтобы запечатлеть несколько кадров с частотой 300 ТГц. Какие существуют способы это сделать?

Мило. А это ничего, что любая такая подложка фазу-то и теряет?

[PHWizard]

Munin в сообщении #1155991 писал(а):

Мило. А это ничего, что любая такая подложка фазу-то и теряет?

То есть? На этом принципе работают интерферометры. Если бы нам удалось решить проблему увеличения частоты фиксации, мы смогли бы перейти от радио к оптике.

[Munin]

Интерферометры работают на немного другом принципе: сначала сигналы интерферируют, а потом их фиксируют.

[Pphantom]

Munin в сообщении #1156028 писал(а):

Интерферометры работают на немного другом принципе: сначала сигналы интерферируют, а потом их фиксируют.

Именно для радиоинтерферометров это обычно не так. Другое дело, что эта схема, работающая (с немалыми ухищрениями) в радиодиапазоне, для оптики является совсем уж фантастикой. Тут стандарты частоты нужной точности отсутствуют, не то что системы регистрации.

DimaM в сообщении #1155918 писал(а):

За время $1/3\cdot 10^{14}$ с движущийся со скоростью 10 км/с предмет проедет примерно 0.3 ангстрема.

upgrade в сообщении #1155936 писал(а):

Первую пластинку открыть в 0 сек от поступления светового пучка. Вторую пластинку открыть в $1+1/3\cdot 10^{14}$ сек, третью в $11+1/3\cdot 10^{14}$ ...

А вы минус в показателе степени дружно не пишете из принципа?

[arseniiv]

Это, видимо, соглашение о чтении $abc/def$ как $abc/(def)$, нередко оно удобно сокращает записи.

[Cryo]

Признаюсь, я не слишком большой специалист, но вам надо смотреть в сторону фемто-секундных лазеров и детекторов на основе материалов с оптической нелинейностью $\chi^{(2)}$. В таком материале поле Вашого сигнала на частоте $\omega_1$ про-взаимодействует с полем лазера на частоте $\omega_2$ и сгенерирует сигнал с частотой $\omega_1 \pm \omega_2$. Вы его фильтруете с помощью оптического фильтра и детектируете камерой. Фазу сигнала вы можете получить меняя задержку пульса от лазера: тоесть увеличив путь лазерного пучка на ~100-500нм.