Современные квантовые технологии требуют измерений электронных компонентов с нанометровой точностью. Даже высокоточные оптические дальномеры не всегда способны обеспечить необходимое разрешение. В этом контексте частотная «гребенка» становится важным инструментом для науки и производства.
Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) успешно создал систему измерения линейных расстояний, которая достигает уровня точности, близкого к теоретическому пределу, установленному квантовой физикой. Эта система демонстрирует наилучшие в мире показатели точности измерений при компактной и надежной конструкции, подходящей для использования в полевых условиях. Все это делает ее отличным кандидатом на роль эталона нового поколения в области метрологии. Результаты работы опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews.
В настоящее время в развитых странах существуют национальные эталоны длины, которые определяют единицу измерения в один метр. Эти устройства, используемые ведущими национальными метрологическими институтами, включая KRISS, применяют интерферометры на основе лазеров с фиксированной длиной волны. Одноволновые лазеры характеризуются исключительно равномерным распределением волн — подобно равномерно расположенным отметкам на линейке — что обеспечивает точность измерений на нанометровом уровне (1-10 нм, или одна миллиардная часть метра).
Однако стандарты для измерения длины ограничены в диапазоне расстояний, которые они могут одновременно охватывать, так как лазеры с одной длиной волны имеют очень узкую полосу спектра. Проще говоря, разметка на линейке бывает очень частой, но сама линейка — короткая.
Для измерения расстояний, превышающих диапазон длин волн лазера, необходимо объединить несколько повторных измерений, что приводит к увеличению общего времени измерений. Для надежного и стабильного перемещения интерферометра также требуются высокоточные механические системы, что добавляет временные и пространственные ограничения, увеличивает стоимость метрологического оборудования и усложняет его использование.
Системы измерения абсолютных расстояний предназначены для определения больших расстояний за одну операцию, хотя и с меньшей точностью. Эти устройства осуществляют расчеты, отправляя световой импульс от контрольной точки к цели и фиксируя время, необходимое для его возвращения.
Благодаря такому относительно простому методу системы могут быть уменьшены в размерах и способны выполнять быстрые измерения на значительных расстояниях, что делает их актуальными в промышленности, научных лабораториях, геодезии, строительстве и других областях.
Тем не менее, стандартные системы измерения абсолютного расстояния ограничены точностью всего в несколько микрометров, так как оценка времени прохождения света с высоким разрешением остается крайне сложной задачей даже с применением современных технологий. Скорость света слишком велика для традиционных методов дистанционного измерения.
Фото: hi-tech.mail.ru