Un team accademico-industriale in Giappone ha collegato tre laboratori in una regione di 100 chilometri con una rete in fibra ottica di telecomunicazioni abbastanza stabile da interrogare a distanza orologi atomici ottici. Questo tipo di collegamento in fibra è destinato ad espandere l'uso di questi cronometri estremamente precisi creando un'infrastruttura che potrebbe essere utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni come i sistemi di comunicazione e navigazione.

"Il sistema laser utilizzato per gli orologi ottici è estremamente complesso e quindi non pratico da costruire in più posizioni, " disse Tomoya Akatsuka, un membro del gruppo di ricerca della società di telecomunicazioni Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Con il nostro schema di rete, un laser condiviso consentirebbe a un orologio ottico di azionare orologi remoti con sistemi laser molto più semplici."

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica Express , ricercatori di NTT, l'Università di Tokyo, RIKEN, e NTT East Corporation (NTT East), tutto in Giappone, segnalare il nuovo collegamento in fibra a basso rumore.

"Gli orologi ottici e i collegamenti in fibra ottica hanno raggiunto la fase in cui possono essere messi in pratica, " ha detto Akatsuka. "Il nostro sistema è compatibile con i sistemi di comunicazione ottica esistenti e aiuterà ad accelerare le applicazioni pratiche. Per esempio, perché gli orologi ottici sono sensibili al potenziale gravitazionale, orologi collegati potrebbero essere utilizzati per il rilevamento altamente sensibile dei primi segni di terremoti".

Gestire il rumore

A causa dell'estrema precisione degli orologi ottici, il rumore è un problema critico quando si collegano gli orologi ottici su un collegamento in fibra lunga. Anche piccole vibrazioni o variazioni di temperatura possono introdurre rumore nella rete che distorce il segnale laser abbastanza da non riflettere più ciò che originariamente proveniva dall'orologio ottico.

"Sebbene in Europa siano state dimostrate reti di orologi ottici che collegano semplicemente orologi distanti, il nostro schema è più impegnativo perché il funzionamento degli orologi remoti con la luce erogata richiede un collegamento in fibra più stabile, " disse Akatsuka. "Inoltre, gli ambienti urbani del paese tendono a contribuire con più rumore alle reti in fibra in Giappone. Per far fronte a quel rumore, abbiamo utilizzato un collegamento in cascata che divide una fibra lunga in tratti più brevi collegati da stazioni ripetitori laser a bassissimo rumore che incorporano circuiti planari a onde luminose (PLC)."

Gli interferometri ottici fabbricati su un piccolo chip PLC sono stati fondamentali per consentire un collegamento in fibra con un rumore estremamente basso. Questi interferometri sono stati utilizzati nelle stazioni ripetitori laser che copiano la fase ottica della luce ricevuta su un laser ripetitore che viene inviato a una stazione successiva con compensazione del rumore in fibra. L'applicazione della compensazione del rumore per ogni breve intervallo rende il segnale laser meno suscettibile al rumore e quindi più stabile.

"Gli interferometri ottici fabbricati su un chip PLC hanno una stabilità senza precedenti e forniscono un compatto, sistema ottico robusto e ultra silenzioso, " ha detto Akatsuka. "Questo è molto vantaggioso quando si costruiscono collegamenti in fibra in cascata in ambienti rumorosi come quelli che si trovano in Giappone".

Collegamento dei laboratori

Per dimostrare il sistema, i ricercatori hanno inviato luce laser a una lunghezza d'onda di 1397 nanometri attraverso una fibra ottica da RIKEN all'Università di Tokyo e NTT. Utilizzando un altro collegamento in fibra, hanno misurato un segnale di battito tra i laser condivisi presso l'Università di Tokyo e NTT per valutare la stabilità del collegamento per un loop in fibra lungo 240 chilometri. Come previsto, i risultati hanno mostrato che il collegamento in cascata era migliore di un collegamento non in cascata.

La lunghezza d'onda di 1397 nanometri del laser è il doppio di quella del laser utilizzato per creare il tipo più stabile di orologio ottico noto come orologio a reticolo ottico di stronzio. Ciò significa che la rete in fibra potrebbe essere utilizzata per far funzionare molti orologi a reticolo ottico di stronzio distanti tramite un laser condiviso.

I ricercatori stanno ora preparando orologi a reticolo ottico per dimostrare una rete di orologi che utilizza questo collegamento in fibra e stanno lavorando per rendere più pratici i componenti elettrici del sistema.