یک روش جدید که می تواند دقت اندازه گیری زمان و فاصله را که با استفاده از شانه های فرکانس نوری دوگانه انجام می شود، به شدت بهبود بخشد، توسط محققان در ایالات متحده و کانادا توسعه یافته است. با تنظیم دینامیکی یکی از شانه ها، امیلی کالدول و همکاران موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) در بولدر، کلرادو و مشاوره Octosig در شهر کبک، این تکنیک را بسیار کارآمدتر کرده اند.
اولین بار در آغاز هزاره نشان داده شد، شانه فرکانس نوری دقت اندازه گیری زمان و فاصله را افزایش داده است. یک شانه را می توان با استفاده از لیزری ایجاد کرد که پالس های بسیار کوتاهی را در فواصل زمانی منظم منتشر می کند. طیف فرکانس پالس‌ها دارای قله‌های تیز و یکنواختی است که به آن ظاهر دندان‌های یک شانه می‌دهد.
برای اندازه گیری زمان و مسافت، پالس های شانه ای از یک جسم دور منعکس می شوند. سپس نور منعکس شده با شانه دوم ترکیب می شود که دارای پالس هایی است که نسبت به شانه اول کمی تاخیر دارند. با اندازه گیری تراز نسبی دو شانه، زمان بازگشت شانه اول - و بنابراین فاصله تا جسم بازتابنده - را می توان با دقت بسیار بالایی تعیین کرد.
همپوشانی کمی
با این حال، نقص مهم این تکنیک این است که طول پالس ها بسیار کمتر از فاصله بین پالس ها است. بنابراین، اغلب اتفاق می افتد که همپوشانی کمی بین پالس منعکس شده و پالس تاخیری وجود دارد. این بدان معناست که گاهی اوقات اندازه‌گیری‌ها بر اندازه‌گیری تعداد بسیار کمی فوتون تکیه می‌کنند – کاهش دقت و هدر دادن بخش بزرگی از نور بازتاب‌شده. این یک مشکل اساسی برای سنجش کاربردهای خارج از آزمایشگاه است، جایی که نور در اولین شانه از قبل تضعیف شده است، زیرا مسافت‌های طولانی را به و از شی هدف می‌پیماید.
دستگاه تنفس سنجی شانه فرکانس فوق حساس تشخیص بیماری را در زمان واقعی هدف قرار می دهد
برای غلبه بر این مشکل، تیم کالدول از یک کنترل‌کننده دیجیتال برای ردیابی و کنترل زمان‌بندی پالس در شانه دوم با دقت 2 آس استفاده کرد. این به آنها اجازه داد تا شانه دوم را به شانه اول قفل کنند و اطمینان حاصل شود که پالس ها همزمان به آشکارساز می رسند. در نتیجه، تمام فوتون های موجود در اولین شانه به طور بالقوه می توانند در اندازه گیری استفاده شوند.
این نوآوری به تیم اجازه داد تا اندازه‌گیری‌های خود را به حد کوانتومی نزدیک کنند - یک محدودیت اساسی در دقت اندازه‌گیری که توسط نوسانات کوانتومی تحمیل می‌شود. مزیت دیگر این سیستم این است که استفاده کارآمد آن از فوتون ها به این معنی است که می توان آن را با توان بسیار کمتری اجرا کرد – که برای نتایج مشابه فقط به 0.02٪ از فوتون های استفاده شده توسط سیستم های قبلی نیاز دارد.
در نتیجه، رویکرد تیم می‌تواند فرصت‌های هیجان‌انگیز جدیدی را برای حس کردن فرصت‌های خارج از آزمایشگاه ارائه دهد. این شامل اندازه گیری فواصل تا اجسام دور مانند ماهواره های در حال گردش با دقت نانومتر است.
تحقیق در شرح داده شده است طبیعت.
