O nouă tehnică care ar putea îmbunătăți considerabil acuratețea măsurătorilor de timp și distanță efectuate folosind piepteni de frecvență optică duală a fost dezvoltată de cercetători din SUA și Canada. Prin reglarea dinamică a unuia dintre piepteni, Emily Caldwell și colegii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) din Boulder, Colorado și Octosig Consulting din Quebec City au făcut tehnica mult mai eficientă.
Demonstrat pentru prima dată la începutul mileniului, pieptene de frecvență optică a sporit acuratețea măsurătorilor de timp și distanță. Un pieptene poate fi creat folosind un laser care emite impulsuri ultrascurte la intervale regulate. Spectrul de frecvență al impulsurilor are vârfuri ascuțite, uniform distanțate – dându-i aspectul dinților unui pieptene.
Pentru a măsura timpul și distanța, impulsurile pieptenelor sunt reflectate de un obiect îndepărtat. Lumina reflectată este apoi combinată cu un al doilea pieptene, care are impulsuri care sunt ușor întârziate față de primul pieptene. Măsurând alinierea relativă a celor doi piepteni, timpul de întoarcere al primului pieptene – și, prin urmare, distanța până la obiectul care reflectă – poate fi determinat cu o precizie foarte mare.
Puțină suprapunere
Cu toate acestea, un dezavantaj important al acestei tehnici este că lungimea impulsurilor este mult mai mică decât intervalele dintre impulsuri. Prin urmare, este adesea cazul că există o suprapunere mică între pulsul reflectat și pulsul întârziat. Aceasta înseamnă că măsurătorile se bazează uneori pe măsurarea unui număr foarte mic de fotoni – reducând precizia și irosind o mare parte a luminii reflectate. Aceasta este o problemă deosebit de presantă pentru aplicațiile de detectare în afara laboratorului, unde lumina din primul pieptene este deja atenuată pe măsură ce parcurge distanțe lungi către și de la obiectul țintă.
Etilotestul cu pieptene cu frecvență ultrasensibilă vizează diagnosticarea bolii în timp real
Pentru a depăși această problemă, echipa lui Caldwell a folosit un controler digital pentru a urmări și controla sincronizarea pulsului în al doilea pieptene cu o precizie de 2 as. Acest lucru le-a permis să blocheze al doilea pieptene pe primul, asigurându-se că impulsurile ajung la detector în același timp. Ca rezultat, toți fotonii din primul pieptene pot fi potențial utilizați într-o măsurătoare.
Această inovație a permis echipei să-și ia măsurătorile aproape de limita cuantică - o limită fundamentală a acurateței măsurătorii impuse de fluctuațiile cuantice. Un alt avantaj al sistemului este că utilizarea eficientă a fotonilor înseamnă că poate fi rulat la o putere mult mai mică - necesitând doar 0.02% din fotonii utilizați de sistemele anterioare pentru aceleași rezultate.
Ca rezultat, abordarea echipei ar putea oferi noi oportunități interesante de a detecta oportunități în afara laboratorului. Aceasta include măsurarea distanțelor până la obiecte îndepărtate, cum ar fi sateliții care orbitează, cu o precizie nanometrică.
Cercetarea este descrisă în Natură.
