Il prof. Pan Jianwei e i suoi colleghi della University of Science and Technology of China dell'Accademia cinese delle scienze hanno studiato lo spazio libero ad alta perdita, diffusione tempo-frequenza ad alta precisione tra località remote, simulando collegamenti satellite-terra ad alta frequenza tempo-frequenza ad alta precisione nella perdita di canale, rumore atmosferico, e gli effetti del ritardo di trasmissione.

Questo esperimento di collegamento mostra che l'instabilità del trasferimento tempo-frequenza tramite un satellite in orbite terrestri medio-alte potrebbe raggiungere 10 ^-18 alle 10, 000 secondi, consentendo le prestazioni potenziali degli orologi atomici ottici e il confronto intercontinentale degli orologi di terra. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista ottica .

Le tecniche di diffusione e confronto tempo-frequenza ad alta precisione si applicano a tutti i tipi di sistemi di misurazione di precisione su larga scala. Attualmente, i sistemi standard internazionali di metrologia sono in fase di quantizzazione. Lo standard di frequenza è al centro dei sistemi di misurazione di precisione e metrologia internazionali. Altre grandezze fisiche di base, ad eccezione della quantità di materia (mol), sono direttamente o indirettamente ricondotte alla frequenza. D'altra parte, le nuove tecnologie standard di frequenza ottica si sviluppano rapidamente, la cui precisione è di due ordini di grandezza migliore di quella dello standard di frequenza di seconda definizione originale.

La parte più importante della roadmap tecnica del cambiamento della seconda definizione è impostare il confronto tempo-frequenza intercontinentale con lo standard di frequenza ottica al 10 ^-18 livello. Avere un confronto o una diffusione tempo-frequenza ad alta precisione a distanza ultra lunga è un problema irrisolto, mentre il collegamento satellite-terra è riconosciuto come la soluzione più fattibile.

In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di misurazione del tempo di campionamento ottico lineare a doppio pettine. Rispetto al metodo di collegamento a onda continua o a fotone singolo, questo collegamento complesso ha il vantaggio dell'elevata risoluzione temporale e dell'ampio range ambiguo.

I ricercatori hanno prima analizzato in modo completo parametri come la perdita del collegamento satellite-terra, Effetto Doppler, asimmetria del tempo di collegamento, e il rumore dell'atmosfera, e ha scoperto che i collegamenti ad alta orbita consentono un confronto o una diffusione tempo-frequenza più stabile sfruttando la lunga durata, un ampio campo visivo comune, e gli effetti relativistici inferiori.

Quindi, hanno eseguito un esperimento di trasmissione tempo-frequenza satellite-terra ad alta orbita per simulare i collegamenti con la perdita del collegamento, rumore atmosferico, ed effetti di ritardo.

Attraverso l'amplificazione del pettine ottico a basso rumore, percorso ottico di interferenza a doppio pettine ad alta stabilità a bassa perdita, e campionamento lineare ad alta sensibilità ad alta precisione, i ricercatori hanno costruito uno spazio libero atmosferico orizzontale di 16 chilometri e un collegamento di trasmissione tempo-frequenza a doppio pettine ad alta precisione a Shanghai. Il collegamento di trasmissione di frequenza ha realizzato un'instabilità di 4 10 ^-18 alle 3, 000 s con una perdita media di 72 dB e un ritardo di collegamento di 1 s.

Sulla base di questi risultati, si aspettavano che l'instabilità del trasferimento tempo-frequenza tramite un collegamento satellite-terra ad alta orbita potesse raggiungere 10 ^-18 alle 10, 000 s.