เทคนิคใหม่ที่สามารถปรับปรุงความแม่นยำอย่างมากของการวัดเวลาและระยะทางโดยใช้หวีความถี่ออปติกคู่ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา โดยการปรับไดนามิกของหวีอันใดอันหนึ่ง เอมิลี่ คาลด์เวลล์ และเพื่อนร่วมงานที่ National Institute of Standards and Technology (NIST) ในโบลเดอร์ โคโลราโด และ Octosig Consulting ในควิเบกซิตี ทำให้เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
หวีความถี่ออปติกได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในช่วงเปลี่ยนสหัสวรรษ ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัดเวลาและระยะทาง สามารถสร้างหวีได้โดยใช้เลเซอร์ที่ปล่อยคลื่นความถี่สั้นพิเศษในช่วงเวลาปกติ สเปกตรัมความถี่ของพัลส์มีจุดสูงสุดที่แหลมคมและมีระยะห่างเท่าๆ กัน ทำให้ดูเหมือนฟันหวี
ในการวัดเวลาและระยะทาง คลื่นหวีจะสะท้อนออกจากวัตถุที่อยู่ห่างไกล จากนั้นแสงสะท้อนจะรวมกับหวีที่สองซึ่งมีพัลส์ที่ล่าช้าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับหวีแรก ด้วยการวัดการจัดแนวสัมพัทธ์ของหวีทั้งสอง ทำให้สามารถกำหนดเวลาการกลับของหวีแรก และระยะทางไปยังวัตถุที่สะท้อนแสงได้ด้วยความแม่นยำสูงมาก
เหลื่อมกันเล็กน้อย
อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องที่สำคัญของเทคนิคนี้คือความยาวของพัลส์นั้นสั้นกว่าช่องว่างระหว่างพัลส์มาก ดังนั้นจึงมักมีการทับซ้อนกันเล็กน้อยระหว่างพัลส์ที่สะท้อนกลับและพัลส์ที่ล่าช้า ซึ่งหมายความว่าการวัดบางครั้งต้องอาศัยการวัดจำนวนโฟตอนที่น้อยมาก ซึ่งลดความแม่นยำและสูญเสียแสงสะท้อนส่วนใหญ่ไป นี่เป็นปัญหาเร่งด่วนอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับการใช้งานภายนอกห้องปฏิบัติการ ซึ่งแสงในหวีชุดแรกจะลดทอนลงแล้วในขณะที่เคลื่อนที่เป็นระยะทางไกลไปและกลับจากวัตถุเป้าหมาย
เครื่องวิเคราะห์ลมหายใจแบบหวีความถี่พิเศษมีเป้าหมายในการวินิจฉัยโรคตามเวลาจริง
เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมของ Caldwell ใช้ตัวควบคุมแบบดิจิทัลเพื่อติดตามและควบคุมจังหวะของพัลส์ในหวีที่สองให้มีความแม่นยำไม่เกิน 2 เท่า สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถล็อคหวีที่สองเข้ากับหวีแรก เพื่อให้แน่ใจว่าพัลส์มาถึงเครื่องตรวจจับพร้อมกัน เป็นผลให้โฟตอนทั้งหมดในหวีแรกสามารถใช้ในการวัดได้
นวัตกรรมนี้ช่วยให้ทีมงานสามารถวัดได้ใกล้เคียงกับขีดจำกัดควอนตัม ซึ่งเป็นขีดจำกัดพื้นฐานเกี่ยวกับความแม่นยำของการวัดที่กำหนดโดยความผันผวนของควอนตัม ข้อดีอีกประการของระบบคือการใช้โฟตอนอย่างมีประสิทธิภาพหมายความว่าสามารถทำงานได้โดยใช้พลังงานที่ต่ำกว่ามาก โดยต้องการเพียง 0.02% ของโฟตอนที่ระบบก่อนหน้านี้ใช้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกัน
ผลก็คือ แนวทางของทีมสามารถนำเสนอโอกาสใหม่ๆ ที่น่าตื่นเต้นสำหรับการรับรู้โอกาสนอกห้องปฏิบัติการ ซึ่งรวมถึงการวัดระยะทางไปยังวัตถุที่อยู่ห่างไกล เช่น ดาวเทียมที่โคจรอยู่ภายในความแม่นยำระดับนาโนเมตร
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ.
