Метрологи из Нидерландов нашли способ использования оптической частотной гребёнки для точного измерения расстояния. Первым делом напомним, что оптические гребёнки частот, эксперименты с которыми принесли Теодору Хеншу и Джону Холлу Нобелевскую премию,

 формируются с помощью фемтосекундного лазера, работающего в режиме синхронизации мод и поддерживающего короткий световой импульс, циркулирующий внутри резонатора. При каждом проходе ослабленная копия импульса покидает резонатор через полупрозрачное зеркало. Хотя одиночные копии имеют широкий и довольно сложный спектр, их бесконечная последовательность даёт набор узких линий, причём интервал между двумя соседними спектральными компонентами гребёнки («зубьями») равняется частоте повторения импульсов.

Такая гребёнка действует подобно линейке, которая даёт возможность решать сложные метрологические и спектроскопические задачи: измерять интервалы между двумя разными оптическими частотами и определять неизвестные частоты. По сути, синтезатор оптической гребёнки может заменить собой тысячи стабильных, точно настроенных и одновременно работающих лазеров.

Для перехода из частотного пространства к измерению расстояний авторам понадобился обычный двухлучевой интерферометр Майкельсона. Излучение, направляемое на него, попадает на светоделитель и проходит по обоим плечам (опорному и измерительному), расположенным перпендикулярно друг другу, отражается и возвращается обратно, после чего лучи «смешиваются» и образуют интерференционную картину. Анализируя её, специалист может установить, на какую величину различаются длины плеч интерферометра.

Если на интерферометр Майкельсона подавать монохроматический свет, длину измеряемой дистанции необходимо заранее определить с точностью до половины длины волны λ. Проблема здесь заключается в том, что расстояние выражается в виде целого числа половинных длин волн (λ/2) и некоторой доли от λ/2, а восстановить это целое число по интерференционной картине невозможно.

В своём опыте нидерландские учёные заменили монохроматический свет гребёнкой частот с ~9 000 зубьев, отстоящих на 1 ГГц друг от друга и занимающих диапазон 808–828 нм. Работая на интерферометре с длиной измерительного плеча в ~15 см, экспериментаторы довели точность измерения до λ/30 (~27 нм). Такой результат типичен для интерферометра Майкельсона, но длину дистанции достаточно было знать с точностью до 15 см, а не до λ/2 (~400 нм).

Сейчас исследователи выясняют, как предложенная ими методика действует на интерферометрах большего масштаба. Возможно, она пригодится для измерения расстояний между спутниками или оценки свойств оптических материалов — к примеру, зависимости показателя преломления от длины волны.

Полный отчёт об экспериментах с оптической гребёнкой опубликован в журнале Physical Review Letters.