美国和加拿大的研究人员开发了一种新技术，可以大大提高使用双光学频率梳进行的时间和距离测量的准确性。 通过其中一把梳子的动态调整， 艾米莉考德威尔 位于科罗拉多州博尔德的美国国家标准与技术研究院 (NIST) 和魁北克市 Octosig Consulting 的同事们已经使这项技术变得更加高效。
光学频率梳在世纪之交首次展示，提高了时间和距离测量的准确性。 可以使用定期发射超短脉冲的激光来创建梳子。 脉冲的频谱具有尖锐、均匀分布的峰值——使其看起来像梳齿。
为了测量时间和距离，梳状脉冲被远处的物体反射。 然后将反射光与第二个光梳结合，第二个光梳的脉冲相对于第一个光梳略有延迟。 通过测量两个梳子的相对对准，可以非常精确地确定第一个梳子的返回时间——以及到反射物体的距离。
很少重叠
然而，这种技术的一个重要缺点是脉冲的长度比脉冲之间的间隙短得多。 因此，通常情况下反射脉冲和延迟脉冲之间几乎没有重叠。 这意味着测量有时依赖于测量非常少量的光子——这会降低准确性并浪费大部分反射光。 对于实验室外的传感应用来说，这是一个特别紧迫的问题，因为第一个光梳中的光在往返目标物体的距离很长时已经衰减。
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为了克服这个问题，Caldwell 的团队使用数字控制器来跟踪和控制第二个梳中脉冲的时间，精度在 2 as 以内。 这使他们能够将第二个梳子锁定在第一个梳子上，确保脉冲同时到达检测器。 因此，第一个光梳中的所有光子都有可能用于测量。
这项创新使团队能够将他们的测量结果接近量子极限——量子涨落对测量精度的基本限制。 该系统的另一个优势是它对光子的高效利用意味着它可以以低得多的功率运行——只需以前系统使用的 0.02% 的光子即可获得相同的结果。
因此，该团队的方法可以为实验室外的传感机会提供令人兴奋的新机会。 这包括以纳米精度测量到遥远物体（例如轨道卫星）的距离。
该研究描述于 自然.
