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长距离光纤链路有望创建强大的光学时钟网络

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发表时间:2020-03-19 16:51

日本的一个学术工业团队已经将一个100公里长的区域中的三个实验室与一个光纤电信网络连接起来,该网络足够稳定,还可以远程询问光学原子钟。这种类型的光纤链路有望通过创建可用于各种应用(例如通信和导航系统)的基础架构来扩展这些极其精确的计时器的使用。

日本电报电话公司(NTT)研究小组成员Tomoya Akatsuka说:用于光学时钟的激光系统非常复杂,因此无法在多个位置构建。通过我们的网络方案,共享激光器将使光学时钟能够使用简单得多的激光系统来操作远程时钟。

在日本光学学会(OSA)的《Optics Express》上,来自NTT、东京大学、理研大学和NTT East CorporationNTT East)的研究人员都在日本报告了这种新的低噪声光纤链路。

Akatsuka说:光钟和光纤链路已经达到可以实际使用的阶段。我们的系统与现有的光通信系统兼容,将有助于加速实际应用。例如,由于光钟对重力很敏感,因此可以将链接钟用于地震早期迹象的高灵敏度检测。

由于光学时钟具有极高的精度,因此在通过长光纤链路链接光学时钟时,噪声是一个关键问题。即使是很小的震动或温度变化,也会将噪声引入网络,使激光信号产生偏差无法反映最初来自光学时钟的信号。

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Akatsuka说:尽管在欧洲已经证明了简单地连接远距离时钟的光学时钟网络,但是我们的方案更具挑战性,因为要使用传输的光来操作远程时钟需要更稳定的光纤链路。此外,日本的城市环境往往会给日本的光纤网络带来更多的噪声。为应对这种噪声,我们使用了级联链路,将长光纤分为较短的跨度,并通过结合了平面光波的超低噪声激光转发器站进行连接电路(PLC)。

在小型PLC芯片上制造的光学干涉仪是实现具有极低噪声的光纤链路的关键。这些干涉仪用于激光转发器站,该转发器将接收到的光学相位复制到转发器激光器,该转发器通过光纤噪声补偿发送到下一个站。对每个短跨度应用噪声补偿可使激光信号更不易受到噪声影响,因此更加稳定。

Akatsuka说:PLC芯片上制造的光学干涉仪具有空前的稳定性,并提供紧凑、坚固且超低噪声的光学系统。在嘈杂的环境中构建级联光纤链路时,这是非常有用的。

为了演示该系统,研究人员通过RIKEN的光纤向东京大学和NTT发送了波长为1397纳米的激光。他们使用另一条光纤链路,在东京大学和NTT的共享激光器之间测量了拍信号,以评估一条240公里长的光纤环路的链路稳定性。正如预期的那样,结果显示级联链接比非级联链接更好。

激光器的1397纳米波长是用于创建最稳定的光学时钟(称为锶光学晶格时钟)的激光器的两倍。这意味着该光纤网络可用于通过共享激光器操作许多遥远的锶光学晶格时钟。

研究人员现在正在准备光学晶格时钟,以演示使用此光纤链路的时钟网络,并致力于使系统的电气组件更加实用。