Por primera vez, Los investigadores han demostrado que una referencia de frecuencia estable puede transmitirse de forma fiable a más de 300 kilómetros a través de una red de telecomunicaciones de fibra óptica estándar y utilizarse para sincronizar dos radiotelescopios. Referencias de frecuencia estables, que se utilizan para calibrar relojes e instrumentos que realizan mediciones ultraprecisas, Por lo general, solo se puede acceder a ellas en instalaciones que las generan utilizando costosos relojes atómicos. La nueva tecnología podría permitir a los científicos en cualquier lugar acceder al estándar de frecuencia simplemente conectando con la red de telecomunicaciones.

La capacidad de enviar referencias de frecuencia estables a través de la red de telecomunicaciones podría ser particularmente útil para matrices de radiotelescopios como Square Kilometer Array (SKA), un esfuerzo internacional para construir el radiotelescopio más grande del mundo utilizando matrices en Australia y Sudáfrica. Cuando esté completo, SKA detectará ondas de radio débiles del espacio profundo con una sensibilidad unas 50 veces mayor que la del telescopio Hubble. Se conectarán radiotelescopios individuales para crear un área de recolección total de aproximadamente 1 millón de metros cuadrados.

La vinculación de radiotelescopios en una matriz requiere que cada telescopio tenga acceso a un reloj atómico para registrar el momento preciso en el que se detecta una señal de un objeto en el espacio. Enfocar todos los telescopios en el mismo objeto y luego calcular las pequeñas diferencias en el tiempo para que la señal llegue a cada telescopio permite a los investigadores combinar todas las observaciones y señalar la ubicación del objeto y otras características. Se podrían utilizar referencias transmitidas estables para calibrar el tiempo relativo en cada telescopio, eliminando la necesidad de múltiples relojes atómicos en una matriz de radiotelescopio.

En Optica , Investigadores de un consorcio de instituciones australianas informan sobre la transmisión exitosa de una referencia de frecuencia estable entre dos radiotelescopios a través de un enlace de fibra y demuestran que el rendimiento de la técnica es superior al uso de un reloj atómico en cada telescopio. El consorcio incluía la Red de Investigación y Académica de Australia (AARNet), la Universidad Nacional de Australia, la Organización de Investigaciones Científicas e Industriales de la Commonwealth (CSIRO), el Instituto Nacional de Medición, Universidad Macquarie y Universidad de Adelaide.

Los resultados muestran que la técnica es capaz de compensar las fluctuaciones de señal en la red de fibra óptica introducidas por factores ambientales como cambios de temperatura o vibraciones. La demostración incluso se realizó a través de una red que estaba transmitiendo tráfico de telecomunicaciones en vivo al mismo tiempo.

Pruebas con tráfico de red en vivo

"Al ejecutar el experimento en fibras ópticas que también transportan tráfico normal, Demostramos que transmitir el estándar de frecuencia estable no afecta los datos o las llamadas telefónicas en los otros canales, "dijo Kenneth Baldwin, miembro del equipo de investigación de la Universidad Nacional de Australia. "Esto es necesario para ganar la cooperación de las empresas de telecomunicaciones propietarias de estas redes de fibra".

En tono rimbombante, la nueva técnica no requiere cambios sustanciales en el resto de la red de fibra óptica y es fácil de implementar. Para mantener la frecuencia estable durante la transmisión, los investigadores envían la señal a través de la red a un destino y luego la reflejan. La señal de retorno se usa para determinar si ocurrió algún cambio. Después de cada viaje de ida y vuelta, cualquier cambio de frecuencia transmitido se resta pasivamente para compensar exactamente los cambios medidos.

Por cada 100 kilómetros de fibra, el viaje de ida y vuelta dura aproximadamente 1 milisegundo. Aunque el proceso de compensación ocurre muy rápido, el tiempo en el extremo receptor puede variar durante los viajes de ida y vuelta. Para resolver este problema, un oscilador de cuarzo en la ubicación remota mantiene estable el tiempo entre viajes de ida y vuelta.

"La frecuencia del oscilador de cuarzo también eventualmente se desviará, por lo que nuestro proceso único combina la estabilización local con el oscilador de cuarzo durante períodos de tiempo cortos, con la estabilización más larga (mayor que el tiempo de ida y vuelta) proporcionada por la técnica de referencia de frecuencia estable transmitida, ", dijo Baldwin." Este método altamente estable para transmitir la referencia de frecuencia permite un reloj atómico, que cuestan alrededor de doscientos mil dólares, para ser reemplazado por un sistema que solo cuesta unas pocas decenas de miles de dólares ".

Demostrar transmisión a larga distancia

Para demostrar su método, los investigadores comenzaron con un tipo de reloj atómico conocido como máser de hidrógeno ubicado en el CSIRO Australia Telescope Compact Array (ATCA). Grabaron la señal de referencia de radiofrecuencia del máser en un rayo láser que luego viajó a través de una fibra AARNet de 155 kilómetros y varias etapas de amplificación hasta un segundo radiotelescopio. y de regreso. Una vez que comenzó el proceso de compensación, la referencia fue captada por el radiotelescopio en el otro extremo de la conexión.

Los investigadores utilizaron la referencia de frecuencia estable para calibrar ambos telescopios, que se utilizaron para examinar el mismo objeto en el espacio. Descubrieron que, en lugar de que la señal de frecuencia estable limitara el rendimiento de los telescopios, Las diferencias atmosféricas entre las dos ubicaciones fue el factor limitante. Para eliminar la interferencia atmosférica y comprender mejor cómo el nuevo método mejoró el rendimiento del telescopio, Luego, los investigadores usaron solo una antena de telescopio en el ATCA equipada con dos receptores separados para tomar medidas. Este método de "antena dividida" permitió comparar un receptor estabilizado por el máser de hidrógeno con el otro receptor estabilizado utilizando la referencia de frecuencia estable que se envió en un viaje de ida y vuelta de 310 kilómetros a través de la fibra.

"Nuestros experimentos demostraron que la referencia de frecuencia transmitida era muy estable, significativamente más estable que la atmósfera terrestre, ", dijo Baldwin." Nuestro enfoque de replicar exactamente la señal de frecuencia estable de un reloj atómico funcionó al menos tan bien como dos relojes atómicos, que pueden presentar ligeras diferencias entre sí ".

Los investigadores dicen que su demostración muestra que el nuevo método está listo para ser implementado por radioastrónomos que quieren evitar el uso de múltiples relojes atómicos en un conjunto de telescopios. El método se puede utilizar en distancias incluso más largas si se utilizan más amplificadores para potenciar la señal. Esto también permitiría la transmisión de referencias de frecuencia estables a través de una red nacional de fibra óptica. donde cualquier científico con acceso a una red de telecomunicaciones podría utilizarlos.

"Cuando se inventaron los relojes atómicos, nadie pensó que proporcionarían estándares de tiempo que se utilizarían para la navegación GPS, por ejemplo, ", dijo Baldwin." Esperamos que de la misma manera, El fácil acceso a estándares de frecuencia que son tan estables como los que se encuentran en un laboratorio de medición nacional será una tecnología habilitante para muchas aplicaciones que requieren una sincronización precisa y mediciones de frecuencia precisas ".