Les chercheurs ont connecté trois laboratoires dans une région de 100 kilomètres avec un réseau de fibres de télécommunications optiques suffisamment stable pour connecter des horloges atomiques optiques. Crédit :Tomoya Akatsuka, Nippon Telegraph and Telephone Corporation
Une équipe universitaire-industrielle au Japon a connecté trois laboratoires dans une région de 100 kilomètres avec un réseau de fibres optiques de télécommunications suffisamment stable pour interroger à distance les horloges atomiques optiques. Ce type de liaison fibre est en passe d'étendre l'utilisation de ces garde-temps extrêmement précis en créant une infrastructure qui pourrait être utilisée dans un large éventail d'applications telles que les systèmes de communication et de navigation.
"Le système laser utilisé pour les horloges optiques est extrêmement complexe et donc pas pratique à construire à plusieurs endroits, " dit Tomoya Akatsuka, membre de l'équipe de recherche de la société de télécommunications Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Avec notre schéma de réseau, un laser partagé permettrait à une horloge optique de faire fonctionner des horloges distantes avec des systèmes laser beaucoup plus simples."
Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , chercheurs de NTT, l'Université de Tokyo, RIKEN, et NTT East Corporation (NTT East), tout au Japon, signaler la nouvelle liaison fibre à faible bruit.
« Les horloges optiques et les liaisons par fibre optique ont atteint le stade où elles peuvent être mises en pratique, " a déclaré Akatsuka. " Notre système est compatible avec les systèmes de communication optique existants et contribuera à accélérer les applications pratiques. Par exemple, parce que les horloges optiques sont sensibles au potentiel gravitationnel, des horloges reliées pourraient être utilisées pour une détection très sensible des premiers signes de tremblements de terre."
Faire face au bruit
En raison de la précision extrêmement élevée des horloges optiques, le bruit est un problème critique lors de la liaison d'horloges optiques sur une longue liaison fibre. Même de petites vibrations ou variations de température peuvent introduire du bruit dans le réseau qui fausse suffisamment le signal laser pour qu'il ne reflète plus ce qui provenait à l'origine de l'horloge optique.
Le nouveau réseau à faible bruit pourrait être étendu pour créer un réseau d'horloges en treillis optique au Japon (concept illustré). Crédit :Tomoya Akatsuka, Nippon Telegraph and Telephone Corporation
"Bien que des réseaux d'horloges optiques qui connectent simplement des horloges distantes aient été démontrés en Europe, notre schéma est plus difficile car le fonctionnement des horloges à distance avec la lumière délivrée nécessite une liaison fibre plus stable, " dit Akatsuka. " De plus, les environnements urbains du pays ont tendance à contribuer davantage au bruit des réseaux de fibre au Japon. Pour faire face à ce bruit, nous avons utilisé une liaison en cascade qui divise une longue fibre en tronçons plus courts connectés par des stations de répéteur laser à très faible bruit qui incorporent des circuits à ondes lumineuses planaires (PLC)."
Les interféromètres optiques fabriqués sur une petite puce CPL étaient essentiels pour permettre une liaison fibre avec un bruit extrêmement faible. Ces interféromètres ont été utilisés dans des stations de répéteur laser qui copient la phase optique de la lumière reçue vers un laser répéteur qui est envoyé à une station suivante avec compensation de bruit de fibre. L'application d'une compensation de bruit pour chaque courte portée rend le signal laser moins sensible au bruit et donc plus stable.
"Les interféromètres optiques fabriqués sur une puce PLC ont une stabilité sans précédent et offrent un format compact, système optique robuste et ultra-faible bruit, " a déclaré Akatsuka. "Ceci est très avantageux lors de la construction de liaisons en fibre en cascade dans des environnements bruyants tels que ceux trouvés au Japon."
Connecter les laboratoires
Pour démontrer le système, les chercheurs ont envoyé une lumière laser à une longueur d'onde de 1397 nanomètres à travers une fibre optique de RIKEN à l'Université de Tokyo et NTT. En utilisant une autre liaison fibre, ils ont mesuré un signal de battement entre les lasers partagés à l'Université de Tokyo et NTT pour évaluer la stabilité de la liaison pour une boucle de fibre de 240 kilomètres de long. Comme prévu, les résultats ont montré que le lien en cascade était meilleur qu'un lien non en cascade.
La longueur d'onde de 1397 nanomètres du laser est le double de celle du laser utilisé pour créer le type d'horloge optique le plus stable connu sous le nom d'horloge à réseau optique au strontium. Cela signifie que le réseau de fibres pourrait être utilisé pour faire fonctionner de nombreuses horloges à réseau optique au strontium distantes via un laser partagé.
Les chercheurs préparent actuellement des horloges à réseau optique pour démontrer un réseau d'horloges utilisant cette liaison en fibre optique et s'efforcent de rendre les composants électriques du système plus pratiques.
