Een academisch-industrieel team in Japan heeft drie laboratoria in een gebied van 100 kilometer verbonden met een glasvezelnetwerk voor optische telecommunicatie dat stabiel genoeg is om optische atoomklokken op afstand te ondervragen. Dit type glasvezelverbinding is klaar om het gebruik van deze uiterst nauwkeurige tijdwaarnemers uit te breiden door een infrastructuur te creëren die kan worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, zoals communicatie- en navigatiesystemen.

"Het lasersysteem dat wordt gebruikt voor optische klokken is extreem complex en daarom niet praktisch om op meerdere locaties te bouwen, " zei Tomoya Akatsuka, een lid van het onderzoeksteam van telecommunicatiebedrijf Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Met ons netwerkplan een gedeelde laser zou een optische klok in staat stellen om externe klokken te bedienen met veel eenvoudigere lasersystemen."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Express , onderzoekers van NTT, de Universiteit van Tokio, RIKEN, en NTT East Corporation (NTT East), allemaal in Japan, meldt de nieuwe geluidsarme glasvezelverbinding.

"Optische klokken en glasvezelverbindingen hebben het stadium bereikt waarin ze in de praktijk kunnen worden gebruikt, " zei Akatsuka. "Ons systeem is compatibel met bestaande optische communicatiesystemen en zal praktische toepassingen helpen versnellen. Bijvoorbeeld, omdat optische klokken gevoelig zijn voor zwaartekracht, gekoppelde klokken kunnen worden gebruikt voor zeer gevoelige detectie van vroege tekenen van aardbevingen."

Omgaan met lawaai

Vanwege de extreem hoge precisie van optische klokken, ruis is een kritiek probleem bij het koppelen van optische klokken via een lange glasvezelverbinding. Zelfs kleine trillingen of temperatuurschommelingen kunnen ruis in het netwerk introduceren waardoor het lasersignaal zodanig scheef wordt getrokken dat het niet langer weerspiegelt wat oorspronkelijk afkomstig was van de optische klok.

"Hoewel in Europa is aangetoond dat optische kloknetwerken eenvoudig verre klokken met elkaar verbinden, ons schema is uitdagender omdat het bedienen van externe klokken met het geleverde licht een stabielere glasvezelverbinding vereist, "zei Akatsuka. "Bovendien, de stedelijke omgevingen van het land hebben de neiging om meer lawaai bij te dragen aan glasvezelnetwerken in Japan. Om met dat lawaai om te gaan, we gebruikten een gecascadeerde link die een lange vezel verdeelt in kortere overspanningen die zijn verbonden door ultra-low-noise laserrepeaterstations die planaire lichtgolfcircuits (PLC's) bevatten."

Optische interferometers vervaardigd op een kleine PLC-chip waren van cruciaal belang om een ​​glasvezelverbinding met extreem weinig ruis mogelijk te maken. Deze interferometers werden gebruikt in laserrepeaterstations die de optische fase van het ontvangen licht kopiëren naar een repeaterlaser die met vezelruiscompensatie naar een volgend station wordt gestuurd. Door per korte spanwijdte ruiscompensatie toe te passen, wordt het lasersignaal minder ruisgevoelig en dus stabieler.

"Optische interferometers vervaardigd op een PLC-chip hebben een ongekende stabiliteit en zorgen voor een compacte, robuust en ultrageluidsarm optisch systeem, "zei Akatsuka. "Dit is erg voordelig bij het bouwen van gecascadeerde glasvezelverbindingen in lawaaierige omgevingen zoals die in Japan."

De laboratoria aansluiten

Om het systeem te demonstreren, de onderzoekers stuurden laserlicht met een golflengte van 1397 nanometer door een optische vezel van RIKEN naar de Universiteit van Tokyo en NTT. Met behulp van een andere glasvezelverbinding, ze maten een slagsignaal tussen de gedeelde lasers van de Universiteit van Tokio en NTT om de verbindingsstabiliteit voor een 240 kilometer lange vezellus te evalueren. Zoals verwacht, de resultaten toonden aan dat de cascade-link beter was dan een niet-cascade-link.

De golflengte van 1397 nanometer van de laser is twee keer zo groot als die van de laser die wordt gebruikt om het meest stabiele type optische klok te creëren, bekend als een strontium optische roosterklok. Dit betekent dat het glasvezelnetwerk kan worden gebruikt om veel verre strontium optische roosterklokken te bedienen via een gedeelde laser.

De onderzoekers bereiden nu optische roosterklokken voor om een ​​kloknetwerk te demonstreren met behulp van deze glasvezelverbinding en werken aan het praktischer maken van elektrische componenten van het systeem.