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Frequenz einer optischen Uhr über 200 km per Glasfaser übertragen

31.12.2007

Optische Uhren können Frequenzen mit einer relativen Unsicherheit von unter 10-15 realisieren. Ein neues Konzept zum Vergleich optischer Uhren per Glasfaser ist in der PTB entwickelt und im Rahmen einer internationalen Kooperation an einer Glasfaserstrecke in Paris erprobt worden.

In einer Zusammenarbeit mit dem LNE-SYRTE in Paris wurde der transportable Frequenzkamm der PTB benutzt, um die Stabilität der Frequenz eines optischen Frequenzstandards - des hochstabilen „Spektroskopielasers“ der optischen Gitteruhr basierend auf 87Sr - auf einen zweiten Laser, im Telekomübertragungsband bei 1,55 µm, zu übertragen. Der Transfer dieser synthetisierten Frequenz gelang über eine Glasfaserstrecke von 86 km Länge, die zwei Forschungsinstitute in Paris unterirdisch miteinander verbindet.

Mechanische, thermische und akustische Einflüsse, die auf die Faser wirken, wurden interferometrisch erfasst und durch eine Regelung unterdrückt. Die Abbildung zeigt die verbleibenden Frequenzfluktuationen durch die Übertragung über eine Strecke von 86 km, in Abhängigkeit von der Mittelungszeit. Nach wenigen Stunden wird eine relative Unsicherheit von etwa 3 . 10-18 über eine Distanz von 86 km, und etwa 10-17 über eine mit Faserspulen verlängerte Strecke von 211 km erreicht [1].

Damit erlaubt das neue Verfahren einen Vergleich der präzisesten optischen Frequenznormale auch über weite Strecken. Durch Nutzung unterirdisch verlegter Glasfaserstrecken der optischen Telekommunikationsanbieter eröffnet es gleichzeitig die Möglichkeit, Referenzfrequenzen mit einer Genauigkeit wie sie bisher nur in Staatsinstituten verfügbar war an Forschungslaboratorien zu verteilen und für physikalische Experimente zu verwenden.


Abb. 1: Frequenzfluktuationen bei der Übertragung einer optischen Frequenz über eine Faserstrecke von 86 km innerhalb des Pariser Fasernetzwerkes


Literatur:

[1] G. Grosche, B. Lipphardt, H. Schnatz, G. Santarelli, P. Lemonde, S. Bize, M. Lours, F. Narbonneau, A. Clairon, O. Lopez, A. Amy-Klein and Ch. Chardonnet, “Transmission of an Optical Carrier Frequency over a Telecommunication Fiber Link”. in Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference and Photonic Applications Systems Technologies 2007 Technical Digest (Optical Society of America, Washington, DC, 2007), paper CMKK1, ISBN: 1-55752-834-9