Uma equipe acadêmico-industrial no Japão conectou três laboratórios em uma região de 100 quilômetros com uma rede de fibra óptica de telecomunicações estável o suficiente para interrogar remotamente relógios atômicos ópticos. Esse tipo de link de fibra foi projetado para expandir o uso desses cronômetros extremamente precisos, criando uma infraestrutura que poderia ser usada em uma ampla gama de aplicações, como sistemas de comunicação e navegação.

"O sistema de laser usado para relógios ópticos é extremamente complexo e, portanto, não prático para construir em vários locais, "disse Tomoya Akatsuka, membro da equipe de pesquisa da empresa de telecomunicações Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT). "Com nosso esquema de rede, um laser compartilhado permitiria a um relógio óptico operar relógios remotos com sistemas de laser muito mais simples. "

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , pesquisadores da NTT, a Universidade de Tóquio, RIKEN, e NTT East Corporation (NTT East), tudo no Japão, relatar o novo link de fibra de baixo ruído.

"Os relógios ópticos e links de fibra óptica alcançaram o estágio em que podem ser colocados em uso prático, "disse Akatsuka." Nosso sistema é compatível com os sistemas de comunicação óptica existentes e ajudará a acelerar as aplicações práticas. Por exemplo, porque os relógios ópticos são sensíveis ao potencial gravitacional, relógios interligados podem ser usados ​​para detecção altamente sensível dos primeiros sinais de terremotos. "

Lidando com o ruído

Por causa da precisão extremamente alta dos relógios ópticos, o ruído é um problema crítico ao conectar relógios ópticos em um link de fibra longa. Mesmo pequenas vibrações ou variações de temperatura podem introduzir ruído na rede que distorce o sinal do laser o suficiente para que ele não reflita mais o que veio originalmente do relógio óptico.

"Embora redes de relógios ópticos que simplesmente conectam relógios distantes tenham sido demonstradas na Europa, nosso esquema é mais desafiador porque operar relógios remotos com a luz fornecida requer um link de fibra mais estável, "disse Akatsuka." Além disso, os ambientes urbanos do país tendem a contribuir com mais ruído para as redes de fibra no Japão. Para lidar com esse ruído, usamos um link em cascata que divide uma fibra longa em vãos mais curtos conectados por estações repetidoras de laser de ruído ultrabaixo que incorporam circuitos de ondas de luz planares (PLCs). "

Os interferômetros ópticos fabricados em um pequeno chip PLC foram fundamentais para permitir um link de fibra com ruído extremamente baixo. Esses interferômetros foram usados ​​em estações repetidoras de laser que copiam a fase óptica da luz recebida para um laser repetidor que é enviado para uma próxima estação com compensação de ruído de fibra. Aplicar compensação de ruído para cada intervalo curto torna o sinal do laser menos suscetível a ruído e, portanto, mais estável.

"Os interferômetros ópticos fabricados em um chip PLC têm uma estabilidade sem precedentes e fornecem um compacto, sistema óptico robusto e de ruído ultrabaixo, "disse Akatsuka." Isso é muito vantajoso ao construir links de fibra em cascata em ambientes ruidosos como os encontrados no Japão. "

Conectando os laboratórios

Para demonstrar o sistema, os pesquisadores enviaram luz laser em um comprimento de onda de 1.397 nanômetros através de uma fibra óptica da RIKEN para a Universidade de Tóquio e a NTT. Usando outro link de fibra, eles mediram um sinal de batimento entre os lasers compartilhados na Universidade de Tóquio e a NTT para avaliar a estabilidade do link para um loop de fibra de 240 quilômetros de comprimento. Como esperado, os resultados mostraram que o link em cascata era melhor do que um link não em cascata.

O comprimento de onda de 1397 nanômetros do laser é o dobro do laser usado para criar o tipo mais estável de relógio óptico conhecido como relógio de rede óptica de estrôncio. Isso significa que a rede de fibra pode ser usada para operar muitos relógios de rede óptica de estrôncio distantes por meio de um laser compartilhado.

Os pesquisadores agora estão preparando relógios de rede óptica para demonstrar uma rede de relógios usando esse link de fibra e estão trabalhando para tornar os componentes elétricos do sistema mais práticos.