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Kalibrierte Zeitvergleiche über Glasfasern

10.10.2010

Im kommenden Jahr werden die Satellitenantennen für Zweiweg-Zeitvergleiche (TWSTFT) mit anderen Instituten auf einer neuen Plattform auf dem Dach des Meitnerbaus zusammengefasst. Die Anforderungen an den neuen Ort erfordern die Einrichtung eines "Satelliten"-Zeitlabors in räumlicher Nähe zu den Antennen. In diesem Labor soll als Referenz für die Vergleichsmessungen eine strikt an UTC(PTB) angebundene Zeitskala realisiert werden. Die Abweichung zu UTC(PTB) soll maximal 100 ps betragen. Um eine optimale Anbindung zu ermöglichen, wurde im Vorfeld ein Glasfaser-basiertes System entwickelt, das einerseits eine stabile Zeitskala im „Satelliten“-Labor realisiert, und andererseits die Beziehung zu UTC(PTB) überwacht.

Dazu wurde zunächst eine Referenz-Frequenz über eine optische Single-Mode Faser übertragen, um aus dieser mittels eines Teilers eine Zeitskala zu generieren. Zur Verifizierung dieser Skala wurde die gleiche Technik verwendet, die bisher für Satelliten-Zeitvergleiche genutzt wurde: Anstatt die modulierten Signale an einen Satelliten zu senden wurden sie hier über eine Glasfaser übertragen. Im Gegensatz zum herkömmlichen TWSTFT konnte hierbei eine größere Bandbreite genutzt werden und somit das Messrauschen bedeutend verringert werden. Durch Kalibrierung der verwendeten Komponenten gelang es, unabhängig von der Länge der verwendeten Glasfaser, Uhren in ihrem Stand mit einer Unsicherheit von unter 50 ps zu überwachen [1].

Die Stabilität der Überwachung war bei kurzen Mittelungszeiten durch die Instabilität der verwendeten Modems beschränkt, bei Mittelungszeiten von 10000 s und länger wurden Instabilitäten von unter 10-16 erreicht. Ohne zusätzlichen Aufwand können mit diesem System Faserstrecken von mehr als 50 km überbrückt werden.

Kalibrierte Zeitvergleiche über Glasfasern: Instabilität


Literatur:

 [1]     M. Rost, M. Fujieda, D. Piester, Time Transfer Though Optical Fibers. Progress on Calibrated Clock Comparisons Proc. 24th European Frequency and Time Forum, Nordwijk, (2010)