デュアル光周波数コムを使用して行われる時間と距離の測定精度を大幅に改善できる新しい技術が、米国とカナダの研究者によって開発されました。 コームの XNUMX つのダイナミックな調整により、 エミリー・コールドウェル コロラド州ボルダーの国立標準技術研究所 (NIST) とケベックシティの Octosig Consulting の同僚は、この手法をはるかに効率的にしました。
千年紀の変わり目に初めて実証された光周波数コムは、時間と距離の測定精度を向上させました。 コムは、一定間隔で超短パルスを放出するレーザーを使用して作成できます。 パルスの周波数スペクトルには、鋭い等間隔のピークがあり、櫛の歯のように見えます。
時間と距離を測定するには、コム パルスを遠くの物体で反射させます。 次に、反射された光は、最初のコームに対してわずかに遅延したパルスを持つ XNUMX 番目のコームと結合されます。 XNUMX つのコームの相対的な位置合わせを測定することにより、最初のコームの戻り時間、つまり反射物体までの距離を非常に高い精度で決定できます。
重なりが少ない
ただし、この手法の重要な欠点は、パルスの長さがパルス間のギャップよりもはるかに短いことです。 そのため、反射パルスと遅延パルスの重なりが少ない場合が多い。 これは、測定が非常に少数の光子の測定に依存する場合があることを意味し、精度が低下し、反射光の大部分が無駄になります。 これは、最初のコームの光が対象物との間で長距離を移動するときにすでに減衰している、ラボ外のセンシング アプリケーションにとって特に差し迫った問題です。
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この問題を克服するために、Caldwell のチームはデジタル コントローラーを使用して、2 番目のコームのパルスのタイミングを XNUMX as の精度で追跡および制御しました。 これにより、XNUMX 番目のコームを最初のコームにロックすることができ、パルスが同時に検出器に到達することが保証されました。 その結果、最初のコームのすべての光子を測定に使用できる可能性があります。
このイノベーションにより、チームは量子限界 (量子ゆらぎによって課せられる測定精度の根本的な限界) に近い測定を行うことができました。 このシステムのもう 0.02 つの利点は、光子を効率的に使用することで、以前のシステムで使用された光子の XNUMX% だけで同じ結果を得ることができるため、はるかに低い電力で実行できることです。
その結果、チームのアプローチは、ラボの外で機会を感知するための刺激的な新しい機会を提供する可能性があります。 これには、周回衛星などの遠くの物体までの距離をナノメートルの精度で測定することが含まれます。
研究はで説明されています 自然.
