טכניקה חדשה שיכולה לשפר במידה ניכרת את הדיוק של מדידות הזמן והמרחק שנעשו באמצעות מסרקות תדר אופטיות כפולות פותחה על ידי חוקרים בארה"ב ובקנדה. על ידי התאמה דינמית של אחד המסרקים, אמילי קלדוול ועמיתים במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בבולדר, קולורדו ו-Octosig Consulting בקוויבק סיטי הפכו את הטכניקה ליעילה הרבה יותר.
מסרק התדרים האופטי, שהודגם לראשונה בתחילת המילניום, הגביר את הדיוק של מדידות זמן ומרחק. ניתן ליצור מסרק באמצעות לייזר הפולט פולסים קצרים במיוחד במרווחי זמן קבועים. לספקטרום התדרים של הפולסים יש פסגות חדות ומרווחות באופן שווה - מה שנותן לו מראה של שיניים של מסרק.
כדי למדוד זמן ומרחק, פעימות מסרק משתקפות מעצם מרוחק. האור המוחזר לאחר מכן משולב עם מסרק שני, שיש לו פולסים שמתעכבים מעט ביחס למסרק הראשון. על ידי מדידת היישור היחסי של שני המסרקים, ניתן לקבוע את זמן ההחזרה של המסרק הראשון - ולכן המרחק לעצם המשקף - בדיוק גבוה מאוד.
חפיפה קטנה
עם זאת, חסרון חשוב של טכניקה זו הוא שאורך הפולסים קצר בהרבה מהפערים בין הפולסים. לכן, לעתים קרובות יש חפיפה קטנה בין הדופק המשתקף לדופק המושהה. המשמעות היא שמדידות מסתמכות לפעמים על מדידת מספרים קטנים מאוד של פוטונים - הפחתת הדיוק ובזבוז חלק גדול מהאור המוחזר. זוהי בעיה דחופה במיוחד עבור חישת יישומים מחוץ למעבדה, כאשר האור במסרק הראשון כבר מוחלש כאשר הוא עובר מרחקים ארוכים אל וממנו אובייקט המטרה.
מסרק תדר רגיש במיוחד מכוון לאבחון מחלות בזמן אמת
כדי להתגבר על בעיה זו, הצוות של קאלדוול השתמש בבקר דיגיטלי כדי לעקוב ולשלוט בתזמון הדופק במסרק השני עד לרמת דיוק של 2 as. זה איפשר להם לנעול את המסרק השני לראשון, ולהבטיח שהפולסים יגיעו לגלאי באותו זמן. כתוצאה מכך, ניתן להשתמש בכל הפוטונים במסרק הראשון במדידה.
חידוש זה אפשר לצוות לקחת את המדידות שלהם קרוב למגבלה הקוונטית - מגבלה בסיסית על דיוק המדידה המוטלת על ידי תנודות קוונטיות. יתרון נוסף של המערכת הוא שהשימוש היעיל שלה בפוטונים פירושו שניתן להפעיל אותה בהספק נמוך בהרבה - דרוש רק 0.02% מהפוטונים ששימשו מערכות קודמות לאותן תוצאות.
כתוצאה מכך, הגישה של הצוות עשויה להציע הזדמנויות חדשות ומרגשות לחישת הזדמנויות מחוץ למעבדה. זה כולל מדידת מרחקים לעצמים רחוקים כמו לוויינים מסתובבים עד לדיוק ננומטרי.
המחקר מתואר ב טבע.
