【德國光學時鐘信號發送近1000公里】

明道

【德國光學時鐘信號發送近1000公里】

 

 

連接時鐘的德國。

德國物理學家發出了一陣輕以上的距離920公里下一個光纖 - 其頻率穩定到19的小數位。

的突破，以及支持發展的高度精確的“光鐘”，也可以用來在一定範圍內的商業和科學應用，包括精密光譜學，大地測量學和甚長基線天文。

光學時鐘是像傳統的原子鐘，但工作在更高的頻率- 10 15  赫茲，而不是10  赫茲。

因此，他們更精確的原子鐘相比，使用特定的電子躍遷的原子頻率標準頻率，與“滴答”的兩個原子的能態之間振盪。

事實上，最好的光學鐘有分數的不確定性，其頻率約10 -18。

但是，對於任何時鐘，它是重要的是能夠比較兩個或多個儀器的頻率。

特別是，各國根據自己的原子鐘，通過衛星鏈路，以確保它們都產生相同的結果，這是世界各地的人相比，他們的時間標準設置。

比較也是重要的基礎研究，特別是用於測試原子鐘的操作中所涉及的基本的物理定律和常數。

飛行時鐘不切實際的

不幸的是，衛星鏈路只能夠比較與約10 -15分式不確定性的時鐘，因此不能被用於比較的光學時鐘。

正在研究一種替代方法是使用“飛時鐘”，可以穿梭設施之間的比較時。

然而，與原子鐘，這是適合於小型化，光學時鐘往往是房間大小的系統，包括激光和真空室。

其他研究小組正在尋找如何使用市售的光學纖維比較時鐘。

2009年Gesine Grosche和他的同事在PTB標準實驗室在德國Braunschweig，傳輸的光信號146公里，通過光纖與一個分數不確定性，10 -19。

然後在2011年淳山口的日本國立信息與通信技術和同事比較了兩個原子鐘相隔120公里的光纖，在10 -19小數的不確定性。

在新的工作，包括在馬克斯普朗克量子光學研究所（MPQ）在慕尼黑附近的Grosche和卡塔琳娜Predehl的團隊發出了一個非常穩定的光信號920公里，沿纖維連接PTB與MPQ。

兩種纖維中運行的埋入導管旁邊的一個地下的燃氣管道，和一個被用來發送信號來自PTB MPQ和其他的發送信號在相反的方向。

振幅和頻率

Predehl告訴physicsworld.com，傳輸光信號超過920公里提出了兩個重大的技術挑戰。

第一個問題是相對較弱的信號放大，以確保它抵達時，可以測量在幾個點沿線。

第二個目標是確保物理干擾的光學性能的纖維-引起的局部溫度變化或振動-不轉移的信號的頻率。

解決第一個問題相對簡單，根據Predehl。

這是通過9對摻鉺光纖放大器安裝在九個地點PTB和MPQ。

雖然每個放大器引入了一些到的光信號中的噪聲，這是對稱地分佈在整個頻譜，因此不會影響到的信號的頻率，Predehl解釋。

纖維的光學性能的本地修改，所發送的信號的頻率偏移，如果不加以控制，將限制在鏈接到一個小數的不確定性10 -15。團隊糾正這些地方使用反饋迴路的變化。

有些的光到達MPQ，例如，被反射回來PTB -花費大約10毫秒的往返行程。

然後，該光被發送和後者的頻率調整，使與光相比，兩個如同-的結果是相同的頻率被發送和接收。

通過這樣做，團隊管理限制的分數不確定性，單程4×10 -19。

精密光譜學

雖然鏈接是不夠好，比較兩個光學時鐘，這可能不會是它的第一個應用程序 - 原因很簡單，沒有光學時鐘在MPQ。

相反，它的第1實際使用是可能是精密激光光譜，這需要訪問到一個非常穩定的頻率標準。

從一個原子時鐘信號是目前適用於MPQ的光譜研究中，Predehl說，他們正在接近的地步，他們需要一個光學時鐘信號。

在這一點上，可以使用一個信號從一個原子時鐘PTB其光譜實驗實驗室。

展望更遠的未來，Predehl認為，網絡可以擴展到歐洲其他實驗室。

這可能會允許在標準實驗室在倫敦，巴黎和其他地方的研究人員比較其光學時鐘。

事實上，朱塞佩·馬拉，誰的作品在英國國家物理實驗室，調用PTB-的MPQ鏈接的重要一步一個泛歐光纖網絡連接的光學時鐘。

事實上，在一些歐洲國家，科學家們已經採取了措施，以確保他們有合適的光纖網絡的訪問。

雖然光纖網絡連接的光學鐘之內，歐洲和日本，將這些設施與在美國的 - 甚至連接廣泛分佈在美國的實驗室 - 可能是一個挑戰。根據Predehl，技術工作原則跨洋 - 而不是在現有的鏈接，沒有合適的放大器。

除了光譜和計量，可以用在這樣的光網絡的範圍內的基礎科學。

時的速率確定的光學時鐘節拍的精細結構，這不應該按位置或時間變化的值。

光學時鐘在不同的位置比較，可以發現在這不斷的變化，這可能會指向新的物理。

光學時鐘也由愛因斯坦的相對論，價格略有不同，例如，選中時，在不同的海拔高度。比較時鐘可以顯示偏離理論預測，並還可能導致新的物理現象。

該鏈接將被描述在科學 336 441。

關於作者

麥高約翰斯頓是編輯器的physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/apr/26/germany-sends-optical-clock-signal-over-nearly-1000-km