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研究院等機構的研究團隊在新一期《光學》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，為基礎科學、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光芯，大幅提升了用于流媒體傳輸、金融和人工智能等應用的通信容量。本次研究首次驗證，這種結構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”的結構，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，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。