光学技術：時間プログラマブル周波数コムと量子限界測距におけるその使用

発明から20年を経て、古典的な自己参照型周波数コムレーザーは、その光出力の厳密な間隔のために、周波数、時間、距離を計測する比類のない物差しとなっている。その結果、この周波数コムレーザーは現在、高帯域幅と高精度の組み合わせが要求される多くのセンシング用途で使用されている。しかし、こうした用途の多くは、コム出力の厳密性に固有のトレードオフによって制限されており、量子限界からはほど遠い感度で動作している。今回我々は、パルスの時間と位相を±2アト秒の正確さでデジタル制御する、俊敏なプログラマブル周波数コムを実証する。このプログラマブルコムは、微弱な帰還パルス列をショット雑音限界でコヒーレントに追跡するように構成できるので、この俊敏性によって、センシング用途において量子限界感度を実現できる。我々は、このプログラマブルコムを測距システムに使用し、所与の精度に達するのに必要な出力を、従来のデュアルコムシステムと比べて約5000分の1に低減することで、この能力を浮き彫りにした。これによって、厳密な周波数コムの最大限の正確さと精度を保ちつつ、1パルス当たりの平均光子数が1/77での測距が可能になった。コムパルスの時間と位相のコヒーレント制御は、測距や撮像以外にも、時間と周波数の計測、コムを用いた分光、ポンプ–プローブ実験、圧縮センシングなどの用途に有用であると思われる。

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