Langdistancefiberforbindelse klar til at skabe kraftfulde netværk af optiske ure

Et akademisk-industrielt team i Japan har forbundet tre laboratorier i en 100 kilometer lang region med et optisk telekommunikationsfibernetværk, der er stabilt nok til at fjernafhøre optiske atomure. Denne type fiberforbindelse er klar til at udvide brugen af ​​disse ekstremt præcise tidsmålere ved at skabe en infrastruktur, der kan bruges i en lang række applikationer såsom kommunikations- og navigationssystemer.

"Lasersystemet, der bruges til optiske ure, er ekstremt komplekst og derfor ikke praktisk at bygge på flere steder, "sagde Tomoya Akatsuka, medlem af forskerholdet fra teleselskabet Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Med vores netværksordning, en delt laser ville gøre det muligt for et optisk ur at betjene fjerntliggende ure med meget enklere lasersystemer."

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik Express , forskere fra NTT, universitetet i Tokyo, RIKEN, og NTT East Corporation (NTT East), alt i Japan, rapporter det nye støjsvage fiberforbindelse.

"Optiske ure og optiske fiberforbindelser har nået det stadie, hvor de kan bruges i praksis, " sagde Akatsuka. "Vores system er kompatibelt med eksisterende optiske kommunikationssystemer og vil hjælpe med at accelerere praktiske applikationer. For eksempel, fordi optiske ure er følsomme over for gravitationspotentiale, sammenkoblede ure kan bruges til meget følsom påvisning af tidlige tegn på jordskælv. "

Håndtering af støj

På grund af optiske ure ekstremt høje præcision, støj er et kritisk problem, når optiske ure forbindes over en lang fiberforbindelse. Selv små vibrationer eller temperaturvariationer kan indføre støj i netværket, der skæver lasersignalet nok til, at det ikke længere afspejler det, der oprindeligt kom fra det optiske ur.

"Selvom optiske urnetværk, der blot forbinder fjerne ure, er blevet demonstreret i Europa, vores ordning er mere udfordrende, fordi betjening af fjernstyrede ure med det leverede lys kræver en mere stabil fiberforbindelse, "sagde Akatsuka." Desuden landets bymiljøer har en tendens til at bidrage med mere støj til fibernet i Japan. For at klare den støj, vi brugte en kaskadeleddet forbindelse, der deler en lang fiber i kortere spænd, der er forbundet med ultralave støj laserrepeaterstationer, der inkorporerer plane lysbølge kredsløb (PLC'er). "

Optiske interferometre fremstillet på en lille PLC-chip var nøglen til at muliggøre en fiberforbindelse med ekstremt lav støj. Disse interferometre blev brugt i laserrepeaterstationer, der kopierer den optiske fase af det modtagne lys til en repeaterlaser, der sendes til en næste station med fiberstøjkompensation. Anvendelse af støjkompensation for hvert kort spænd gør lasersignalet mindre modtageligt for støj og dermed mere stabilt.

"Optiske interferometre fremstillet på en PLC-chip har en hidtil uset stabilitet og giver en kompakt, robust og ultrastøjsvagt optisk system, " sagde Akatsuka. "Dette er meget fordelagtigt, når man konstruerer kaskadede fiberforbindelser i støjende miljøer som dem, der findes i Japan."

Tilslutning af laboratorier

For at demonstrere systemet, forskerne sendte laserlys med en bølgelængde på 1397 nanometer gennem en optisk fiber fra RIKEN til University of Tokyo og NTT. Ved hjælp af et andet fiberlink, de målte et beat-signal mellem de delte lasere ved University of Tokyo og NTT for at evaluere forbindelsesstabiliteten for en 240 kilometer lang fibersløjfe. Som forventet, resultaterne viste, at det kaskadeled var bedre end et ikke-kaskadeled.

Laserens bølgelængde på 1397 nanometer er det dobbelte af laseren, der bruges til at oprette den mest stabile type optisk ur kendt som et strontium optisk gitterur. Det betyder, at fibernetværket kan bruges til at betjene mange fjerne strontium-optiske gitter-ure via en delt laser.

Forskerne forbereder nu optiske gitterure for at demonstrere et urnetværk ved hjælp af denne fiberforbindelse og arbejder på at gøre elektriske komponenter i systemet mere praktiske.