Ett akademiskt-industriellt team i Japan har anslutit tre laboratorier i en 100 kilometer lång region med ett optiskt telekommunikationsfibernät som är tillräckligt stabilt för att på distans förhöra optiska atomur. Denna typ av fiberlänk är beredd att utöka användningen av dessa extremt exakta tidtagare genom att skapa en infrastruktur som kan användas i ett brett spektrum av applikationer som kommunikations- och navigationssystem.

"Lasersystemet som används för optiska klockor är extremt komplext och därför inte praktiskt att bygga på flera platser, "sa Tomoya Akatsuka, medlem i forskargruppen från telekommunikationsföretaget Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Med vårt nätverksschema, en delad laser skulle göra det möjligt för en optisk klocka att styra fjärrklockor med mycket enklare lasersystem. "

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optik Express , forskare från NTT, universitetet i Tokyo, RIKEN, och NTT East Corporation (NTT East), alla i Japan, rapportera den nya ljudlösa fiberlänken.

"Optiska klockor och optiska fiberlänkar har nått det stadium där de kan tas i bruk, "sa Akatsuka." Vårt system är kompatibelt med befintliga optiska kommunikationssystem och hjälper till att påskynda praktiska tillämpningar. Till exempel, eftersom optiska klockor är känsliga för gravitation, kopplade klockor kan användas för mycket känslig upptäckt av tidiga tecken på jordbävningar. "

Hantera buller

På grund av optiska klockors extremt höga precision, buller är en kritisk fråga när man kopplar optiska klockor över en lång fiberlänk. Även små vibrationer eller temperaturvariationer kan introducera brus i nätverket som snedvrider lasersignalen så att den inte längre speglar vad som ursprungligen kom från den optiska klockan.

"Även om optiska klocknät som helt enkelt ansluter avlägsna klockor har demonstrerats i Europa, vårt system är mer utmanande eftersom manövrering av fjärrklockor med det levererade ljuset kräver en mer stabil fiberlänk, "sa Akatsuka." Dessutom, landets stadsmiljöer tenderar att bidra med mer buller till fibernät i Japan. För att klara det bullret, vi använde en kaskad länk som delar en lång fiber i kortare sträckor som är anslutna med ultraljudbruslaserstationer som innehåller plana ljusvågskretsar (PLC). "

Optiska interferometrar tillverkade på ett litet PLC -chip var viktiga för att möjliggöra en fiberlänk med extremt lågt brus. Dessa interferometrar användes i laserrepeaterstationer som kopierar den optiska fasen av det mottagna ljuset till en repeaterlaser som skickas till en nästa station med fiberbruskompensation. Genom att tillämpa bruskompensation för varje kort spännvidd gör lasersignalen mindre känslig för brus och därmed mer stabil.

"Optiska interferometrar tillverkade på ett PLC -chip har en aldrig tidigare skådad stabilitet och ger en kompakt, robust och ultraljud-brus optiskt system, "sade Akatsuka." Detta är mycket fördelaktigt vid konstruktion av kaskadfibrer i länkiga miljöer som de som finns i Japan. "

Ansluter laboratorierna

För att demonstrera systemet, forskarna skickade laserljus med en våglängd på 1397 nanometer genom en optisk fiber från RIKEN till University of Tokyo och NTT. Med en annan fiberlänk, de mätte en beatsignal mellan de delade lasrarna vid University of Tokyo och NTT för att utvärdera länkstabiliteten för en 240 kilometer lång fiberslinga. Som förväntat, resultaten visade att den kaskade länken var bättre än en icke-kaskad länk.

Lasern 1397-nanometer våglängd är dubbelt så stor som lasern som används för att skapa den mest stabila typen av optisk klocka som kallas en strontium optisk gitterklocka. Detta innebär att fibernätet kan användas för att driva många avlägsna strontiumoptiska gitterklockor via en delad laser.

Forskarna förbereder nu optiska gitterklockor för att demonstrera ett klocknätverk som använder denna fiberlänk och arbetar med att göra elektriska komponenter i systemet mer praktiska.