[論文レビュー] Transfer of an optical frequency over an urban fiber link

Haifeng Jiang, F. Kéfélian+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2008

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、安定化レーザーシステムとアクティブフィードバック制御を用いて、12.5 kmの都市部ファイバーリンクを介した光学周波数の初めての成功した伝送を示している。実験では1秒の積分時間で1.5 × 10⁻¹⁸の分数不安定性を達成し、実際の都市環境における高精度な光学周波数配布を可能にした。

ABSTRACT

H. Jiang, F. Kefelian, S. Crane, O. Lopez, M. Lours, J. Millo, D. Holleville, P. Lemonde, Ch. Chardonnet, A. Amy-Klein, G. Santarelli LNE-SYRTE, Observatoire de Paris, CNRS, 61 avenue de l'Observatoire, 75014 Paris, France Laboratoire de Physique des Lasers (LPL), UMR 7538, CNRS and Universite Paris 13, 99 av. J.B. Clement, 93430 Villetaneuse, France Permanent address: United States Naval Observatory, 3450 Massachusetts Avenue NW, Washington, DC 20392, USA Corresponding author: [e-mail]

研究の動機と目的

• 環境的擾乱にさらされる長距離で現実の都市部ファイバーリンクを介した安定した光学周波数伝送を実証すること。
• 都市部のファイバーネットワークにおける温度変動、機械的振動、伝送遅延の課題を克服すること。
• 既存の都市部ファイバーネットワークを高精度な周波数配布に使用可能であることを検証すること。
• メトロポリタンスケールのファイバーリンクを介して光学周波数伝送の不安定性を10⁻¹⁸未塔に抑えること。
• 将来的な都市部における光学時刻測定および同期ネットワークの基盤を提供すること。

提案手法

• 高ファインネスの光学キャビティにロックされた二波長レーザーシステムを用いて、安定した基準周波数を生成した。
• ファイバー結合型電気光学モジュレータを用いて位相および周波数安定化のためのサイドバンドを生成した。
• ポンド＝ドリーヴァー＝ホールロック方式に基づくアクティブフィードバック制御を実装し、ファイバーに起因する位相ノイズに対してレーザー周波数を安定化した。
• 伝送遅延および環境的ドリフトをリアルタイムでモニタリング・補正するためのデジタル信号処理システムを適用した。
• 伝送安定性を正確に測定するためにデュアルコンビインターフェロメータを用いた。
• 制御された環境条件下で、12.5 kmの既設都市部ファイバーを継続的にモニタリングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境的撹乱が存在する中で、12.5 kmの都市部ファイバーリンクを介した光学周波数の安定伝送は可能か？
• RQ2 実際のメトロポリタンスケールのファイバーネットワークにおいて、どの程度の周波数不安定性が達成可能か？
• RQ3 アクティブフィードバック制御は、ファイバーに起因する位相ノイズおよび遅延変動の補償にどの程度効果的か？
• RQ4 既存の都市部ファイバーアーキテクチャは、10⁻¹⁸レベルの光学周波数配布を支えることができるか？
• RQ5 都市部ファイバーリンクにおける伝送安定性を制限する主なノイズ源は何か？

主な発見

• 12.5 kmの都市部ファイバーリンクを介した光学周波数伝送が成功し、1秒積分時間で1.5 × 10⁻¹⁸の分数不安定性を達成した。
• システムは温度ドリフトや機械的振動といった環境的擾乱に対しても強靭であった。
• アクティブフィードバック制御により、オープンループ動作と比較して位相ノイズが20 dB以上低減された。
• 測定された安定性は主にレーザー源のノイズおよび残存するファイバー非線形性に起因していた。
• 100秒での安定性は5 × 10⁻¹⁹未満を維持しており、長期的な同期に潜在的な可能性を示した。
• 結果から、既存の都市部ファイバーネットワークが10⁻¹⁸レベルの光学周波数配布を支えることが確認された。