Учёные из Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки (KRISS) представили систему измерения длины, которая приближается к фундаментальному пределу точности, определяемому квантовой физикой. С применением оптической частотной гребенки им удалось достичь абсолютной точности 0,34 нанометра при времени измерения всего 25 микросекунд. Это один из самых высоких показателей среди всех существующих методов, что открывает новую эру в метрологии и контроле прецизионных процессов на наноуровне. Разработка особенно важна в контексте высокотехнологичных отраслей — от производства полупроводников до квантовых вычислений.
Современные стандарты измерения длины, основанные на лазерной интерферометрии, позволяют добиваться нанометровой точности, но они остаются громоздкими, чувствительными к вибрациям и ограничены по дальности одномоментного измерения. Использование одноволновых лазеров, по сути, создает аналог оптической линейки, где длина волны — это размер деления. Однако из-за ограниченного спектрального диапазона такие измерения требуют последовательного накопления данных, что увеличивает сложность оборудования и снижает его мобильность.
В отличие от традиционных систем, абсолютные измерители расстояний способны определять большие расстояния за один замер. Они основываются на регистрации времени пролёта светового сигнала, но точность таких систем ограничена микрометровым уровнем. Нынешние технологии не позволяют детектировать временные интервалы с нужным для нанометровой точности разрешением. Исследование KRISS решает эту проблему за счёт применения интерферометрии с оптической частотной гребёнкой.
Оптическая гребенка — это источник света, спектр которого состоит из тысяч точно разнесённых частотных линий. В отличие от узкополосных лазеров, гребенчатые источники обеспечивают как широкую спектральную полосу, так и строгую регулярность длины волн. Это позволяет проводить измерения одновременно в нескольких спектральных каналах, что резко повышает как точность, так и дальность измерения. Система, разработанная в KRISS, объединила эти свойства с методами спектральной интерферометрии, что позволило достичь рекордной точности в условиях, пригодных для реального применения.
Система показала стабильные результаты при измерении абсолютного расстояния, демонстрируя совместимость с национальными эталонами длины. При этом она остаётся компактной, устойчивой к внешним воздействиям и достаточно быстрой для работы в условиях производственных линий или научных экспериментов. Это делает её потенциальной основой для следующего поколения стандартов длины, способных заменить существующие лазерные интерферометры.
Перспективы применения новой технологии выходят далеко за рамки лабораторной метрологии. В условиях бурного развития технологий с нанометровыми допусками, таких как квантовые устройства, системы ИИ, фотонные чипы, точность позиционирования и контроля становится критическим фактором. Метрологические решения, способные обеспечивать стабильность на уровнях, близких к квантовым пределам, будут играть всё более важную роль в глобальной научно-технической гонке.
KRISS планирует дальнейшую доработку системы, включая создание комплексной модели оценки погрешностей и внедрение автоматизированного управления. Разработка может лечь в основу обновлённого национального эталона длины и укрепить международные позиции Кореи в области прикладной и фундаментальной метрологии. В перспективе такие технологии будут не только задавать стандарты измерений, но и расширять границы возможного — как в науке, так и в инженерии.
А затем «Добавить на главный экран». 