เทคนิคเลเซอร์ใหม่วัดระยะห่างระหว่างห้องปฏิบัติการที่ห่างไกลถึงเศษเสี้ยวของความกว้างของเส้นผม

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์แบบใหม่ที่เรียกว่า two-way dual-comb range (TWDCR) ได้แสดงให้เห็นด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนในการวัดระยะห่างระหว่างเครื่องมือต่างๆ ที่ห่างกันมากกว่า 100 กิโลเมตร (62 ไมล์) การปรับปรุงระยะพิสัยไกลสามารถช่วยให้ดาวเทียมบินได้ดีขึ้นในรูปแบบและเพิ่มความแม่นยำของเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์สำหรับการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงและอินเทอร์เฟอโรเมททางดาราศาสตร์พื้นฐานที่ยาวมาก เช่น ที่ใช้ในการถ่ายภาพหลุมดำ

ใช้ความถี่แสงเดียว ดังนั้นเลเซอร์แต่ละตัวจึงมีความยาวคลื่นเฉพาะ ซึ่งทราบอย่างแม่นยำ ณ จุดหนึ่งว่าความยาวของเมตรถูกกำหนดโดยใช้เส้นปล่อยคริปทอน นั่นหมายความว่าจำนวนความยาวคลื่นที่เลเซอร์ใช้เพื่อเดินทางไปยังตำแหน่งหนึ่งและส่งกลับทำให้เรามีระยะทางที่แม่นยำเป็นพิเศษ อย่างน้อยนั่นคือทฤษฎี

ในฐานะผู้เขียนงานวิจัยใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ระบุไว้ในการพิมพ์ล่วงหน้าของผลงานของพวกเขา ซึ่งยังไม่เสร็จสิ้นการทบทวนโดยผู้ทรงคุณวุฒิ; “การวิ่งระยะไกลยังคงมีความท้าทายทางเทคนิค เนื่องจากการสูญเสียการส่งสัญญาณและเสียงรบกวนสูง”

นักวิจัยพยายามแก้ไขปัญหาเหล่านี้มาเป็นเวลานาน และผู้เขียนอ้างถึงแนวทางต่างๆ ที่ได้รับการเสนอเพื่อพยายามเอาชนะ ซึ่งบางแนวทางก็ประสบความสำเร็จ

อย่างไรก็ตาม พวกเขาเสนอว่า TWDCR ยังสามารถทำได้ดีกว่านี้

เทคนิคจะขึ้นอยู่กับ(OFC) หวีสเปกตรัมผลิตแสงที่ความยาวคลื่นที่มีระยะห่างสม่ำเสมอ โดยไม่มีแสงเล็ดลอดออกมาระหว่างนั้น ใบสมัครของพวกเขาทำให้นักประดิษฐ์ของพวกเขาชนะรางวัลไปครึ่งหนึ่งรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี 2548-

แม้ว่า OFC จะถูกนำมาใช้ในการวัดระยะทางแล้ว แต่การรบกวนของบรรยากาศก็หมายความว่า ก่อนที่จะมีการวิจัยล่าสุด ระยะหวีคู่ไม่เคยถูกใช้เกินหนึ่งกิโลเมตร

ในบริบทนั้น การเล็งไปที่ระยะนี้ค่อนข้างจะก้าวกระโดด

ผู้เขียนได้ล็อกระนาบอ้างอิงในห้องทดลองใน Nanshan และ Gaoyazi ไปยังนาฬิกาท้องถิ่น แทนที่จะซิงค์ทั้งสองอย่างกับนาฬิกาทั่วไป ระบบกำหนดขอบเขต OFC ที่เหลือได้รับการปรับโครงสร้างใหม่ โดยยังคงอาศัยการรบกวนระหว่างแสงที่สะท้อนจากวัตถุเพื่อวัดระยะห่างระหว่างกัน เหนือสิ่งอื่นใด การตั้งค่านี้ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานน้อยกว่าวิธีการที่มีอยู่

ด้วยการใช้หวีที่มีความยาวคลื่นกลาง 1,545 และ 1,563 นาโนเมตร เลเซอร์จะเด้งระหว่างจุดต่างๆ ห่างกัน 113 กิโลเมตร (70.2 ไมล์) โดยวัดระยะทางโดยมีข้อผิดพลาดเพียง 82 นาโนเมตร (0.000003 นิ้ว) ซึ่งทำได้สำเร็จโดยใช้การวัด 21 วินาที แต่แม้จะใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที ทีมก็สามารถจัดการความแม่นยำได้น้อยกว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์

เพื่อประโยชน์ของ Earthers แบนๆ ที่เข้ามาที่หน้านี้ ความสำเร็จขึ้นอยู่กับการเลือกห้องทดลองในพื้นที่สูงสองแห่งที่มีหุบเขาอยู่ระหว่างนั้น เพื่อรับการส่งสัญญาณโดยไม่ถูกขัดจังหวะด้วยส่วนโค้งของโลก

เนื่องจากไม่มีวิธีอื่นใดที่สามารถระบุระยะห่างระหว่างสถานที่ทั้งสองจนถึงระดับนี้ได้ จึงไม่สามารถแน่ใจได้ว่าผลลัพธ์จะถูกต้อง ข้อผิดพลาดที่เป็นระบบบางอย่างอาจทำให้ระยะห่างเป็นเมตร และทำให้ความแม่นยำเป็นเครื่องปกปิดความไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม การยืนยันความสำเร็จของเทคนิคในระยะทางที่สั้นกว่า (หากมีวิธีอื่น) อาจช่วยคลายความกังวลได้

ระยะห่างนี้ยังสั้นกว่าจากพื้นถึงดาวเทียม อย่างไรก็ตาม การเดินทางสู่อวกาศส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสุญญากาศที่เกือบหมด ลำแสงด้านบนอาจต้องรับมือกับการรบกวนบรรยากาศน้อยกว่าอันนี้

ผู้เขียนรับทราบว่ามีค่าใช้จ่ายที่ต้องจ่ายสำหรับข้อดีของวิธีการของตน TWDCR นั้นตั้งค่ายากกว่าและกระบวนการแยกข้อมูลก็ยากกว่า สำหรับการวัดที่สั้นกว่า มันไม่คุ้มค่ากับความพยายามพิเศษ แต่การค้นหาระยะทางถึงดาวเทียม เช่น แม่นยำจนสามารถวัดสนามแม่เหล็กของโลกได้ เป็นอีกเรื่องหนึ่ง

สามารถพรีพินได้ที่ArXiv.org

[เอช/ทีนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่-