Los investigadores conectaron tres laboratorios en una región de 100 kilómetros con una red de fibra óptica de telecomunicaciones lo suficientemente estable como para conectar relojes atómicos ópticos. Crédito:Tomoya Akatsuka, Nippon Telegraph and Telephone Corporation
Un equipo académico-industrial en Japón ha conectado tres laboratorios en una región de 100 kilómetros con una red de fibra óptica de telecomunicaciones lo suficientemente estable como para interrogar de forma remota relojes atómicos ópticos. Este tipo de enlace de fibra está preparado para expandir el uso de estos cronometradores extremadamente precisos mediante la creación de una infraestructura que podría usarse en una amplia gama de aplicaciones, como sistemas de comunicación y navegación.
"El sistema láser utilizado para los relojes ópticos es extremadamente complejo y, por lo tanto, no es práctico construirlo en múltiples ubicaciones, "dijo Tomoya Akatsuka, miembro del equipo de investigación de la empresa de telecomunicaciones Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Con nuestro esquema de red, un láser compartido permitiría a un reloj óptico operar relojes remotos con sistemas láser mucho más simples ".
En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , investigadores de NTT, la Universidad de Tokio, RIKEN, y NTT East Corporation (NTT East), todo en japón, informar sobre el nuevo enlace de fibra de bajo ruido.
"Los relojes ópticos y los enlaces de fibra óptica han llegado a una etapa en la que se pueden poner en práctica, ", dijo Akatsuka." Nuestro sistema es compatible con los sistemas de comunicación óptica existentes y ayudará a acelerar las aplicaciones prácticas. Por ejemplo, porque los relojes ópticos son sensibles al potencial gravitacional, Los relojes enlazados podrían usarse para la detección altamente sensible de los primeros signos de terremotos ".
Lidiando con el ruido
Debido a la precisión extremadamente alta de los relojes ópticos, el ruido es un problema crítico cuando se conectan relojes ópticos a través de un enlace de fibra larga. Incluso pequeñas vibraciones o variaciones de temperatura pueden introducir ruido en la red que sesga la señal del láser lo suficiente como para que ya no refleje lo que originalmente provenía del reloj óptico.
La nueva red de bajo ruido podría ampliarse para crear una red de reloj de celosía óptica en Japón (se muestra el concepto). Crédito:Tomoya Akatsuka, Nippon Telegraph and Telephone Corporation
"Aunque en Europa se han demostrado redes de relojes ópticos que simplemente conectan relojes distantes, nuestro esquema es más desafiante porque operar relojes remotos con la luz entregada requiere un enlace de fibra más estable, "dijo Akatsuka." Además, los entornos urbanos del país tienden a aportar más ruido a las redes de fibra en Japón. Para hacer frente a ese ruido utilizamos un enlace en cascada que divide una fibra larga en tramos más cortos conectados por estaciones repetidoras láser de ruido ultrabajo que incorporan circuitos de ondas de luz planas (PLC) ".
Los interferómetros ópticos fabricados en un pequeño chip PLC fueron clave para permitir un enlace de fibra con un ruido extremadamente bajo. Estos interferómetros se utilizaron en estaciones repetidoras de láser que copian la fase óptica de la luz recibida a un láser repetidor que se envía a una estación siguiente con compensación de ruido de fibra. La aplicación de compensación de ruido para cada tramo corto hace que la señal láser sea menos susceptible al ruido y, por lo tanto, más estable.
"Los interferómetros ópticos fabricados en un chip PLC tienen una estabilidad sin precedentes y proporcionan un sistema óptico robusto y de ruido ultrabajo, ", dijo Akatsuka." Esto es muy ventajoso cuando se construyen enlaces de fibra en cascada en entornos ruidosos como los que se encuentran en Japón ".
Conectando los laboratorios
Para demostrar el sistema, los investigadores enviaron luz láser a una longitud de onda de 1397 nanómetros a través de una fibra óptica de RIKEN a la Universidad de Tokio y NTT. Usando otro enlace de fibra, midieron una señal de latido entre los láseres compartidos en la Universidad de Tokio y NTT para evaluar la estabilidad del enlace para un bucle de fibra de 240 kilómetros de largo. Como se esperaba, los resultados mostraron que el enlace en cascada era mejor que un enlace no en cascada.
La longitud de onda de 1397 nanómetros del láser es el doble que la del láser utilizado para crear el tipo de reloj óptico más estable conocido como reloj de celosía óptica de estroncio. Esto significa que la red de fibra podría usarse para operar muchos relojes de celosía óptica de estroncio distantes a través de un láser compartido.
Los investigadores ahora están preparando relojes de celosía óptica para demostrar una red de reloj utilizando este enlace de fibra y están trabajando para hacer que los componentes eléctricos del sistema sean más prácticos.
