Egy új technikát fejlesztettek ki amerikai és kanadai kutatók, amelyek jelentősen javíthatják a kettős optikai frekvenciájú fésűvel végzett idő- és távolságmérés pontosságát. Az egyik fésű dinamikus beállításával, Emily Caldwell és kollégái a National Institute of Standards and Technology-tól (NIST) (Boulder, Colorado) és az Octosig Consulting-tól (Québec City) sokkal hatékonyabbá tették a technikát.
Az ezredfordulón először bemutatott optikai frekvenciafésű javította az idő- és távolságmérés pontosságát. Lézerrel fésűt lehet létrehozni, amely rendszeres időközönként ultrarövid impulzusokat bocsát ki. Az impulzusok frekvenciaspektruma éles, egyenletesen elosztott csúcsokkal rendelkezik, így a fésű fogainak megjelenését kelti.
Az idő és a távolság méréséhez a fésűimpulzusok visszaverődnek egy távoli tárgyról. A visszavert fényt ezután egy második fésűvel kombinálják, amelynek impulzusai az első fésűhöz képest kissé késleltetettek. A két fésű egymáshoz viszonyított elrendezésének mérésével nagyon nagy pontossággal meghatározható az első fésű visszatérési ideje – és ezzel a visszaverő tárgy távolsága is.
Kis átfedés
Ennek a technikának azonban fontos hiányossága, hogy az impulzusok hossza sokkal rövidebb, mint az impulzusok közötti hézagok. Ezért gyakran előfordul, hogy kicsi az átfedés a visszavert impulzus és a késleltetett impulzus között. Ez azt jelenti, hogy a mérések néha nagyon kis számú foton mérésén alapulnak – ami csökkenti a pontosságot és a visszavert fény nagy részét elpazarolja. Ez különösen sürgető probléma a laboratóriumon kívüli alkalmazásoknál, ahol az első fésű fénye már gyengül, amikor nagy távolságra jut el a céltárgyhoz és onnan.
Az ultraérzékeny frekvenciájú fésűs alkoholszonda valós idejű betegségek diagnosztizálására irányul
A probléma megoldására Caldwell csapata egy digitális vezérlőt használt a második fésű impulzusának 2 as pontossággal történő nyomon követésére és vezérlésére. Ez lehetővé tette számukra, hogy a második fésűt az elsőhöz rögzíthessék, biztosítva, hogy az impulzusok egy időben érkezzenek a detektorhoz. Ennek eredményeként az első fésűben lévő összes foton potenciálisan felhasználható egy mérésben.
Ez az innováció lehetővé tette a csapat számára, hogy méréseiket a kvantumhatár közelében végezzék – ez a mérési pontosság alapvető korlátja, amelyet a kvantumfluktuációk szabnak meg. A rendszer másik előnye, hogy a fotonok hatékony felhasználása azt jelenti, hogy sokkal kisebb teljesítménnyel üzemeltethető – a korábbi rendszerek által használt fotonoknak mindössze 0.02%-ára van szükség ugyanilyen eredményekhez.
Ennek eredményeként a csapat megközelítése izgalmas új lehetőségeket kínálhat a laboron kívüli lehetőségek érzékelésére. Ez magában foglalja a távoli objektumok, például a keringő műholdak távolságának nanométeres pontossággal történő mérését.
A kutatás leírása a Természet.
