Krajowy system wytwarzania i dystrybucji wzorcowej nośnej optycznej

W ramach Laboratorium powstanie ogólnopolska sieć dystrybucji ultrastabilnego sygnału wzorcowego czasu i częstotliwości z optycznego zegara atomowego działającego w toruńskim Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO). Sygnał będzie dystrybuowany za pomocą łączy światłowodowych dzięki układowi ultrastabilnego lasera sprzężonego z optycznym zegarem atomowym. Dzięki ultrastabilnej częstotliwości optycznej możliwe stanie się transferowanie sygnałów generowanych przez optyczne zegary atomowe do polskich ośrodków metrologicznych (Poznań, Warszawa, Wrocław, Kraków) oraz znaczące poprawienie dokładności obecnie używanych wzorców częstotliwości.

Ultrastabilne sygnały częstotliwościowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, w szczególności w telekomunikacji (synchronizacji) czy nawigacji (np. system GPS). Generacja sygnałów częstotliwościowych przy użyciu optycznych wnęk pozwala obecnie na osiągnięcie krótkoczasowej stabilności lepszej o około cztery rzędy wielkości w stosunku do maserów wodorowych [1] i przy zastosowaniu optycznych grzebieni częstotliwości umożliwia korzystanie z sygnałów nie tylko w domenie optycznej, ale również w domenie częstotliwości radiowych. W ramach budowy „Krajowego systemu wytwarzania i dystrybucji wzorcowej nośnej optycznej” stworzony zostanie układ ultrastabilnego lasera, który może być dowiązany do optycznego zegara atomowego, wraz z siecią dystrybucji za pomocą łączy światłowodowych [2]. Taki sygnał już teraz znalazłby zastosowanie w wielu ośrodkach badawczych, metrologicznych, a w związku z postępem technologicznym mógłby zostać wykorzystany również w branżach takich jak telekomunikacja, bankowość czy energetyka.

Dystrybucja ultrastabilnej częstotliwości optycznej daje możliwość transferu sygnałów generowanych przez optyczne zegary atomowe w KL FAMO do polskich ośrodków metrologicznych, takich jak Główny Urząd Miar (GUM) i Centrum Badań Kosmicznych PAN. Doprowadzi to do znaczącego poprawienia dokładności obecnie użytkowanych wzorców (w tym fontann cezowych) a co za tym idzie, do poprawienia generowanych skal czasu. Dostępność tego typu sygnału w Polsce wydaje się być konieczna ze względu na redefinicję układu SI, która weszła w życie w roku 2019.

Zakupiona infrastruktura umożliwi również prowadzenie badań na światowym poziomie w zakresie generacji optycznych grzebieni częstotliwości na bazie laserów światłowodowych, ich stabilizacji do wzorcowego sygnału optycznego dostępnego w sieci dystrybucji, a następnie wykorzystania grzebieni w szeroko rozumianej spektroskopii, metrologii i badaniach naukowych. Umożliwi podjęcie zupełnie nowych tematyk badawczych z różnych dziedzin, o ogromnym potencjale komercjalizacyjnym, jak również zdecydowane podniesie poziom naukowy prac prowadzonych obecnie. Możliwe będzie dostarczenie partnerom przemysłowym nowych rozwiązań w zakresie spektroskopii i ultraprecyzyjnej metrologii przestrzennej i czasowo-częstotliwościowej.

  1. D. G. Matei, T. Legero, S. Haefner, C. Grebing, R. Weyrich, W. Zhang, L. Sonderhouse, J. M. Robinson, J. Ye, F. Riehle, U. Sterr, 1.5  μm Lasers with Sub-10 mHz Linewidth, Phys. Rev. Lett. 118, 263202 (2017).
  2. C. Lisdat, et. al, A clock network for geodesy and fundamental science, Nat. Commun. 7, 12443 (2016).