طور باحثون في الولايات المتحدة وكندا تقنية جديدة يمكنها تحسين دقة قياسات الوقت والمسافة بشكل كبير باستخدام أمشاط التردد البصري المزدوجة. عن طريق الضبط الديناميكي لأحد الأمشاط ، إميلي كالدويل وزملاؤها في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في بولدر ، كولورادو و Octosig Consulting في مدينة كيبيك ، جعلت هذه التقنية أكثر كفاءة.
أظهر لأول مرة في مطلع الألفية ، مشط التردد البصري عزز دقة قياسات الوقت والمسافة. يمكن إنشاء المشط باستخدام الليزر الذي يصدر نبضات قصيرة جدًا على فترات منتظمة. يحتوي طيف التردد للنبضات على قمم حادة ومتباعدة بشكل متساوٍ - مما يعطيها مظهر أسنان المشط.
لقياس الوقت والمسافة ، تنعكس نبضات المشط على جسم بعيد. ثم يتم دمج الضوء المنعكس مع المشط الثاني ، الذي يحتوي على نبضات متأخرة قليلاً بالنسبة إلى المشط الأول. من خلال قياس المحاذاة النسبية للمشطين ، يمكن تحديد وقت إرجاع المشط الأول - وبالتالي المسافة إلى الجسم العاكس - بدقة عالية جدًا.
القليل من التداخل
ومع ذلك ، فإن أحد أوجه القصور المهمة في هذه التقنية هو أن طول النبضات أقصر بكثير من الفجوات بين النبضات. لذلك ، غالبًا ما يكون هناك القليل من التداخل بين النبض المنعكس والنبض المتأخر. وهذا يعني أن القياسات تعتمد أحيانًا على قياس أعداد صغيرة جدًا من الفوتونات - مما يقلل الدقة ويضيع جزءًا كبيرًا من الضوء المنعكس. هذه مشكلة ملحة بشكل خاص لاستشعار التطبيقات خارج المختبر ، حيث يتم تخفيف الضوء الموجود في المشط الأول بالفعل أثناء انتقاله لمسافات طويلة من وإلى الكائن المستهدف.
مشط التنفس ذو التردد فائق الحساسية يستهدف تشخيص المرض في الوقت الحقيقي
للتغلب على هذه المشكلة ، استخدم فريق كالدويل وحدة تحكم رقمية لتتبع والتحكم في توقيت النبض في المشط الثاني بدقة تصل إلى 2 مثل. سمح لهم ذلك بتثبيت المشط الثاني على الأول ، مما يضمن وصول النبضات إلى الكاشف في نفس الوقت. نتيجة لذلك ، يمكن استخدام جميع الفوتونات الموجودة في المشط الأول في القياس.
سمح هذا الابتكار للفريق بأخذ قياساتهم بالقرب من الحد الكمي - وهو حد أساسي لدقة القياس التي تفرضها التقلبات الكمية. ميزة أخرى للنظام هي أن استخدامه الفعال للفوتونات يعني أنه يمكن تشغيله بطاقة أقل بكثير - تتطلب فقط 0.02٪ من الفوتونات التي استخدمتها الأنظمة السابقة لنفس النتائج.
نتيجة لذلك ، يمكن أن يوفر نهج الفريق فرصًا جديدة ومثيرة لاستشعار الفرص خارج المختبر. يتضمن ذلك قياس المسافات إلى الأجسام البعيدة مثل الأقمار الصناعية التي تدور في نطاق دقة نانومترية.
تم وصف البحث في الطبيعة.
