Sebuah teknik baru yang dapat sangat meningkatkan keakuratan pengukuran waktu dan jarak yang dilakukan dengan menggunakan sisir frekuensi optik ganda telah dikembangkan oleh para peneliti di AS dan Kanada. Dengan penyesuaian dinamis salah satu sisir, Emily Caldwell dan rekan-rekannya di National Institute of Standards and Technology (NIST) di Boulder, Colorado dan Octosig Consulting di Quebec City telah membuat teknik ini jauh lebih efisien.
Pertama kali didemonstrasikan pada pergantian milenium, sisir frekuensi optik telah meningkatkan keakuratan pengukuran waktu dan jarak. Sisir dapat dibuat menggunakan laser yang memancarkan pulsa ultra-pendek secara berkala. Spektrum frekuensi pulsa memiliki puncak yang tajam dan berjarak sama – membuatnya tampak seperti gigi sisir.
Untuk mengukur waktu dan jarak, pulsa sisir dipantulkan dari objek yang jauh. Cahaya yang dipantulkan kemudian digabungkan dengan sisir kedua, yang memiliki pulsa yang sedikit tertunda relatif terhadap sisir pertama. Dengan mengukur keselarasan relatif dari dua sisir, waktu kembali sisir pertama – dan karenanya jarak ke objek pemantul – dapat ditentukan dengan akurasi yang sangat tinggi.
Sedikit tumpang tindih
Namun, kelemahan penting dari teknik ini adalah panjang pulsa jauh lebih pendek daripada jarak antar pulsa. Oleh karena itu, seringkali terdapat sedikit tumpang tindih antara pulsa pantul dan pulsa tunda. Ini berarti bahwa pengukuran terkadang bergantung pada pengukuran jumlah foton yang sangat kecil – mengurangi akurasi dan menyia-nyiakan sebagian besar cahaya yang dipantulkan. Ini adalah masalah yang sangat mendesak untuk aplikasi penginderaan di luar lab, di mana cahaya di sisir pertama sudah dilemahkan saat menempuh jarak jauh ke dan dari objek target.
Breathalyser sisir frekuensi ultrasensitif menargetkan diagnosis penyakit secara real-time
Untuk mengatasi masalah ini, tim Caldwell menggunakan pengontrol digital untuk melacak dan mengontrol waktu denyut nadi di sisir kedua hingga akurasi 2 as. Ini memungkinkan mereka mengunci sisir kedua ke sisir pertama, memastikan bahwa pulsa tiba di detektor pada waktu yang bersamaan. Akibatnya, semua foton pada sisir pertama berpotensi digunakan dalam pengukuran.
Inovasi ini memungkinkan tim untuk melakukan pengukuran mendekati batas kuantum – batas mendasar pada keakuratan pengukuran yang ditentukan oleh fluktuasi kuantum. Keuntungan lain dari sistem ini adalah penggunaan foton yang efisien berarti dapat dijalankan dengan daya yang jauh lebih rendah – hanya membutuhkan 0.02% foton yang digunakan oleh sistem sebelumnya untuk hasil yang sama.
Akibatnya, pendekatan tim dapat menawarkan peluang baru yang menarik untuk merasakan peluang di luar lab. Ini termasuk mengukur jarak ke objek yang jauh seperti satelit yang mengorbit hingga presisi nanometer.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Alam.
