USA:n ja Kanadan tutkijat ovat kehittäneet uuden tekniikan, joka voisi merkittävästi parantaa kahden optisen taajuuden kammojen avulla tehtyjen aika- ja etäisyysmittausten tarkkuutta. Yhden kamman dynaamisella säädöllä Emily Caldwell ja kollegat National Institute of Standards and Technologysta (NIST) Boulderissa Coloradossa ja Octosig Consultingista Quebec Cityssä ovat tehneet tekniikasta paljon tehokkaamman.
Ensimmäistä kertaa vuosituhannen vaihteessa esitelty optinen taajuuskampa on parantanut ajan ja etäisyyden mittausten tarkkuutta. Kampa voidaan luoda laserilla, joka lähettää ultralyhyitä pulsseja säännöllisin väliajoin. Pulssien taajuusspektrissä on teräviä, tasaisin välein olevia huippuja, jotka antavat sille kamman hampaiden vaikutelman.
Ajan ja etäisyyden mittaamiseksi kampapulssit heijastuvat kaukana olevasta kohteesta. Heijastunut valo yhdistetään sitten toiseen kampaan, jonka pulssit ovat hieman viivästyneet ensimmäiseen kampaan verrattuna. Mittaamalla kahden kamman suhteellinen kohdistus, ensimmäisen kamman paluuaika – ja siten etäisyys heijastavaan kohteeseen – voidaan määrittää erittäin suurella tarkkuudella.
Pientä päällekkäisyyttä
Tämän tekniikan tärkeä puute on kuitenkin se, että pulssien pituus on paljon lyhyempi kuin pulssien väliset raot. Siksi usein on niin, että heijastuneen pulssin ja viivästyneen pulssin välillä on vain vähän päällekkäisyyttä. Tämä tarkoittaa, että mittaukset perustuvat joskus hyvin pienten fotonien mittaamiseen, mikä vähentää tarkkuutta ja tuhlaa suuren osan heijastuneesta valosta. Tämä on erityisen kiireellinen ongelma laboratorion ulkopuolisissa tunnistussovelluksissa, joissa ensimmäisen kamman valo on jo vaimentunut, kun se kulkee pitkiä matkoja kohdeobjektiin ja sieltä pois.
Ultraherkkä taajuuskampa-alkumittari tähtää reaaliaikaiseen sairauden diagnosointiin
Tämän ongelman voittamiseksi Caldwellin tiimi käytti digitaalista säädintä seuraamaan ja ohjaamaan pulssin ajoitusta toisessa kampassa 2 as:n tarkkuudella. Tämän ansiosta he pystyivät lukitsemaan toisen kamman ensimmäiseen ja varmistamaan, että pulssit saapuvat tunnistimeen samanaikaisesti. Tämän seurauksena kaikkia ensimmäisen kamman fotoneja voidaan mahdollisesti käyttää mittauksessa.
Tämän innovaation ansiosta tiimi saattoi tehdä mittauksensa lähellä kvanttirajaa – kvanttivaihteluiden määräämää perusrajaa mittauksen tarkkuudelle. Toinen järjestelmän etu on, että sen tehokas fotonien käyttö tarkoittaa, että sitä voidaan käyttää paljon pienemmällä teholla, mikä vaatii vain 0.02 % aiempien järjestelmien käyttämistä fotoneista samoihin tuloksiin.
Tämän seurauksena ryhmän lähestymistapa voisi tarjota jännittäviä uusia mahdollisuuksia havaita mahdollisuuksia laboratorion ulkopuolella. Tämä sisältää etäisyyksien mittaamisen kaukaisiin kohteisiin, kuten kiertäviin satelliitteihin, nanometrin tarkkuudella.
Tutkimusta kuvataan luonto.
