Investigadores de EE. UU. y Canadá han desarrollado una nueva técnica que podría mejorar enormemente la precisión de las mediciones de tiempo y distancia realizadas con peines de frecuencia óptica dual. Por el ajuste dinámico de uno de los peines, emily caldwell y colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado y Octosig Consulting en la ciudad de Quebec han hecho que la técnica sea mucho más eficiente.
Demostrado por primera vez en el cambio de milenio, el peine de frecuencia óptica ha aumentado la precisión de las mediciones de tiempo y distancia. Se puede crear un peine utilizando un láser que emite pulsos ultracortos a intervalos regulares. El espectro de frecuencia de los pulsos tiene picos nítidos y uniformemente espaciados, lo que le da la apariencia de los dientes de un peine.
Para medir el tiempo y la distancia, los pulsos de peine se reflejan en un objeto distante. La luz reflejada luego se combina con un segundo peine, que tiene pulsos ligeramente retrasados en relación con el primer peine. Al medir la alineación relativa de los dos peines, el tiempo de retorno del primer peine y, por lo tanto, la distancia al objeto reflectante, se puede determinar con una precisión muy alta.
poca superposición
Sin embargo, un inconveniente importante de esta técnica es que la longitud de los pulsos es mucho más corta que los intervalos entre pulsos. Por lo tanto, a menudo ocurre que hay poca superposición entre el pulso reflejado y el pulso retardado. Esto significa que las mediciones a veces se basan en la medición de cantidades muy pequeñas de fotones, lo que reduce la precisión y desperdicia una gran parte de la luz reflejada. Este es un problema particularmente apremiante para aplicaciones de detección fuera del laboratorio, donde la luz en el primer peine ya está atenuada a medida que viaja largas distancias hacia y desde el objeto objetivo.
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Para superar este problema, el equipo de Caldwell usó un controlador digital para rastrear y controlar la sincronización del pulso en el segundo peine con una precisión de 2 as. Esto les permitió bloquear el segundo peine con el primero, asegurando que los pulsos lleguen al detector al mismo tiempo. Como resultado, todos los fotones en el primer peine pueden potencialmente usarse en una medición.
Esta innovación permitió al equipo realizar sus mediciones cerca del límite cuántico, un límite fundamental en la precisión de la medición que imponen las fluctuaciones cuánticas. Otra ventaja del sistema es que su uso eficiente de los fotones significa que puede funcionar con una potencia mucho menor, requiriendo solo el 0.02% de los fotones utilizados por los sistemas anteriores para obtener los mismos resultados.
Como resultado, el enfoque del equipo podría ofrecer nuevas y emocionantes oportunidades para detectar oportunidades fuera del laboratorio. Esto incluye medir distancias a objetos lejanos, como satélites en órbita, con una precisión nanométrica.
La investigación se describe en Naturaleza.
