光鐘信號與電信數(shù)據(jù)首次實現(xiàn)同傳

  來自美國國家標準與技術(shù)研究院等機構(gòu)的研究團隊在新一期《光學(xué)》期刊發(fā)表研究稱，他們首次證明在數(shù)十公里的實際部署多芯光纖中，超穩(wěn)定光學(xué)原子鐘（以下簡稱“光鐘”）信號可以與電信數(shù)據(jù)同時兼容傳輸。這表明新興的高容量光纖網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸海量數(shù)據(jù)，還有望精準同步世界各地的原子鐘，為基礎(chǔ)科學(xué)、精密測量乃至全球時間標準的演進打開新大門。

  研究團隊在意大利拉奎拉部署的多芯光纖中，開展了為期3小時的實地測試。在同時傳輸模擬電信數(shù)據(jù)的條件下，光學(xué)信號的頻率不穩(wěn)定度達到目前最先進光鐘所需的精度標準。

  隨著全球數(shù)據(jù)需求持續(xù)飆升，支持更高容量的多芯光纖正步入商用部署。這種光纖在單根光纖中包含多個導(dǎo)光芯，大幅提升了用于流媒體傳輸、金融和人工智能等應(yīng)用的通信容量。本次研究首次驗證，這種結(jié)構(gòu)也適用于極其嚴苛的光鐘信號傳輸。

  如今最先進的光鐘精度已達小數(shù)點后18位。這意味著，鐘表每運行10億年，理論上誤差也不會超過一秒。然而，在傳輸過程中要保持如此精度非常困難，因為光纖本身對溫度變化、機械應(yīng)力等環(huán)境擾動極為敏感。

  團隊此次創(chuàng)新性地利用多芯光纖“多通道”的結(jié)構(gòu)，將出站光信號從一個芯線發(fā)出，回程信號走另一個芯線。這些芯線受環(huán)境擾動幾乎一致，相當于走了“同一路徑”，卻避免了傳統(tǒng)雙向傳輸中易出現(xiàn)的反射干擾，還可使用已有的噪聲修正技術(shù)，且不影響正常數(shù)據(jù)通信。

  實驗顯示，約25公里長的多芯光纖帶來的頻率噪聲與理論模型及單芯光纖測試結(jié)果一致，表明使用多芯光纖不會降低信號性能。同時，光纖引入的長期不穩(wěn)定性足夠低，完全可以滿足最先進光鐘的傳輸需求。

  目前實驗中表現(xiàn)出的不穩(wěn)定性主要受限于實驗室使用的短光纖路徑，而不是多芯光纖本身。這意味著如果優(yōu)化實驗環(huán)境，性能有望進一步提升。