高精度時(shí)基分發(fā)與飛秒激光器

高穩(wěn)定性的時(shí)間信號(hào)分發(fā)對(duì)于大科學(xué)裝置（如粒子加速器等）基礎(chǔ)設(shè)施有非常重要的意義。未來(lái)加速器對(duì)于穩(wěn)定時(shí)基的要求將會(huì)越來(lái)越高。基于自由電子激光的新一代高亮度超快X射線光源通常要求其分配到加速器和激光系統(tǒng)的射頻信號(hào)具備10飛秒以下的時(shí)間精度。

能夠滿足如此精度時(shí)間分發(fā)的解決方案是基于光纖傳輸線的時(shí)間分發(fā)系統(tǒng)。這種技術(shù)充分利用光通訊技術(shù)以及光學(xué)計(jì)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可提供加速器和激光器之間飛秒量級(jí)的同步時(shí)序。傳輸系統(tǒng)采用鎖模激光器產(chǎn)生的超低噪音脈沖序列作為參考時(shí)基。來(lái)自主振蕩器的時(shí)基信號(hào)通過(guò)光纖鏈路傳遞至多個(gè)遠(yuǎn)端的終端站，同時(shí)對(duì)傳輸延時(shí)加以穩(wěn)定控制。鎖模激光或微博振蕩器與穩(wěn)定的光纖鏈路末端時(shí)基信號(hào)牢固鎖定。 [1].

另外一個(gè)光纖時(shí)基分配的示例是射電望遠(yuǎn)鏡陣列。在射電望遠(yuǎn)鏡陣列中，多個(gè)天線必須同步以實(shí)現(xiàn)的望遠(yuǎn)鏡指向、處理設(shè)備的時(shí)間同步以及觀察數(shù)據(jù)的在線處理。[2]

總之，光學(xué)時(shí)鐘分發(fā)與同步在將來(lái)會(huì)越來(lái)越重要。例如高精度導(dǎo)航、重力測(cè)量、相干陣列或相對(duì)論實(shí)驗(yàn)等技術(shù)也應(yīng)用都將依賴于通過(guò)地基光纖鏈路或衛(wèi)星自由空間光鏈路實(shí)施的時(shí)間同步和比較。

Menhir Photonics 產(chǎn)品

Menhir Photonics 為高精度時(shí)基分配提供極低位相噪聲、高可靠度的鎖模激光器。圖1展示了250MHz重復(fù)頻率的MenHIR-1550 的典型位相噪聲。相位噪聲在10GHz載波（40階諧波）上測(cè)量。噪聲本底給出的累積時(shí)間抖動(dòng)上限越為500as（阿秒）。

Fig 1.: (上) 在10GHz諧波上測(cè)量250MHz重頻的MENHIR-1550激光器的位相噪聲功率譜；（下）同一臺(tái)激光器的10MHz起累積時(shí)間抖動(dòng).

MENHIR提供200MHz - 2.5GHz 鎖模飛秒激光器。激光器可提供調(diào)節(jié)帶寬>50kHz的快速重頻精調(diào)選件，用于與其他裝置的重頻或位相鎖定。同時(shí)可提供泵浦電流的快速調(diào)制選件。

MENHIR-1550 系列采用工業(yè)級(jí)的質(zhì)量和環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，經(jīng)歷嚴(yán)苛的振動(dòng)、沖擊以及其他外部干擾的測(cè)試（可包括宇航相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試）。針對(duì)空間有限的應(yīng)用場(chǎng)合，可提供定制的小尺寸版本。

[1] Xin, M., Safak, K., Peng, M. Y., Kalaydzhyan, A., Wang, W., Mücke, O. D., Kärtner, F. X., “Attosecond precision multi-kilometer laser-microwave network”, Light Sci. Appl. 6, e16187 (2017)

[2] Cliche, J.-F. & Shillue, B. “Precision timing control for radioastronomy: maintaining femtosecond synchronization in the Atacama Large Millimeter Array”, IEEE Control Syst. 26, 19–26 (2006)