Por primera vez, los investigadores han demostrado que una referencia de frecuencia estable puede transmitirse de manera confiable más de 300 kilómetros a través de una red de telecomunicaciones de fibra óptica estándar y utilizarse para sincronizar dos radiotelescopios. Referencias de frecuencia estables, que se utilizan para calibrar relojes e instrumentosque realizan mediciones ultraprecisas, generalmente solo son accesibles en instalaciones que las generan utilizando costosos relojes atómicos. La nueva tecnología podría permitir a los científicos en cualquier lugar acceder al estándar de frecuencia simplemente tocando la red de telecomunicaciones.
La capacidad de enviar referencias de frecuencia estables a través de la red de telecomunicaciones podría ser particularmente útil para conjuntos de radiotelescopios como el Square Kilometer Array SKA, un esfuerzo internacional para construir el radiotelescopio más grande del mundo utilizando conjuntos en Australia y Sudáfrica.completo, SKA detectará ondas de radio débiles desde el espacio profundo con una sensibilidad aproximadamente 50 veces mayor que la del telescopio Hubble. Los radiotelescopios individuales se vincularán para crear un área de recolección total de aproximadamente 1 millón de metros cuadrados.
Vincular radiotelescopios en una matriz requiere que cada telescopio tenga acceso a un reloj atómico para registrar la hora precisa en que se detecta una señal de un objeto en el espacio. Enfocar todos los telescopios en el mismo objeto y luego calcular las pequeñas diferencias enEl tiempo para que la señal llegue a cada telescopio permite a los investigadores combinar todas las observaciones y determinar la ubicación del objeto y otras características. Las referencias de transmisión estables podrían usarse para calibrar el tiempo relativo en cada telescopio, eliminando la necesidad de múltiples relojes atómicos en una radiomatriz de telescopio.
adentro óptica , la revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto, investigadores de un consorcio de instituciones australianas informan sobre la transmisión exitosa de una referencia de frecuencia estable entre dos radiotelescopios a través de un enlace de fibra y demuestran que el rendimiento de la técnica es superior al uso de unreloj atómico en cada telescopio. El consorcio incluyó la Red Académica y de Investigación de Australia AARNet, la Universidad Nacional de Australia, la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth CSIRO, el Instituto Nacional de Medición, la Universidad de Macquarie y la Universidad de Adelaida.
Los resultados muestran que la técnica es capaz de compensar las fluctuaciones de señal en la red de fibra óptica introducidas por factores ambientales como cambios de temperatura o vibraciones. La demostración incluso se realizó en una red que transmitía tráfico de telecomunicaciones en vivo al mismo tiempo.
Prueba con tráfico de red en vivo
"Al ejecutar el experimento en fibras ópticas que también transportan tráfico normal, demostramos que transmitir el estándar de frecuencia estable no afecta los datos o las llamadas telefónicas en los otros canales", dijo Kenneth Baldwin, miembro del equipo de investigación delAustralian National University. "Esto es necesario para obtener la cooperación de las compañías de telecomunicaciones que poseen estas redes de fibra".
Es importante destacar que la nueva técnica no requiere cambios sustanciales en el resto de la red de fibra óptica y es fácil de implementar. Para mantener la frecuencia estable durante la transmisión, los investigadores envían la señal a través de la red a un destino y luego reflejanla señal de retorno se utiliza para determinar si se produjo algún cambio. Después de cada ida y vuelta, cualquier cambio de frecuencia transmitido se resta pasivamente para compensar exactamente los cambios medidos.
Por cada 100 kilómetros de fibra, el viaje de ida y vuelta dura aproximadamente 1 milisegundo. Aunque el proceso de compensación ocurre muy rápidamente, el tiempo en el extremo receptor puede variar durante los viajes de ida y vuelta. Para resolver este problema, un oscilador de cuarzo en el control remotola ubicación mantiene el tiempo estable entre viajes de ida y vuelta
"La frecuencia del oscilador de cuarzo también eventualmente se desplazará, por lo que nuestro proceso único combina la estabilización local con el oscilador de cuarzo para períodos cortos de tiempo, con la estabilización más larga, mayor que el tiempo de ida y vuelta, proporcionada por la referencia de frecuencia estable transmitidatécnica ", dijo Baldwin." Este método altamente estable para transmitir la referencia de frecuencia permite que un reloj atómico, que cuesta alrededor de doscientos mil dólares, sea reemplazado por un sistema que solo cuesta unas pocas decenas de miles de dólares ".
Demostrando transmisión de larga distancia
Para demostrar su método, los investigadores comenzaron con un tipo de reloj atómico conocido como un maser de hidrógeno ubicado en el Conjunto de Telescopio Compacto CSIRO Australia ATCA. Imprimieron la señal de referencia de radiofrecuencia del maser en un rayo láser que luego viajóa través de una fibra AARNet de 155 kilómetros y varias etapas de amplificación a un segundo radiotelescopio, y viceversa. Una vez que comenzó el proceso de compensación, el radiotelescopio recogió la referencia en el otro extremo de la conexión.
Los investigadores utilizaron la referencia de frecuencia estable para calibrar ambos telescopios, que se utilizaron para examinar el mismo objeto en el espacio. Descubrieron que, en lugar de la señal de frecuencia estable que limitaba el rendimiento de los telescopios, las diferencias atmosféricas entre las dos ubicaciones eran las limitantesPara eliminar las interferencias atmosféricas y comprender mejor cómo el nuevo método mejoró el rendimiento del telescopio, los investigadores utilizaron solo una antena telescópica en el ATCA equipada con dos receptores separados para tomar medidas. Este método de "antena dividida" permitió que un receptor estabilizado por elel maser de hidrógeno se comparará con el otro receptor estabilizado utilizando la referencia de frecuencia estable que se envió en un viaje de ida y vuelta de 310 kilómetros a través de la fibra.
"Nuestros experimentos mostraron que la referencia de frecuencia transmitida era muy estable, significativamente más estable que la atmósfera de la Tierra", dijo Baldwin. "Nuestro enfoque de replicar exactamente la señal de frecuencia estable de un reloj atómico funcionó al menos tan bien como dos relojes atómicos, que pueden presentar ligeras diferencias entre sí "
Los investigadores dicen que su demostración muestra que el nuevo método está listo para ser implementado por radioastrónomos que desean evitar el uso de múltiples relojes atómicos a través de una matriz de telescopios. El método puede usarse en distancias aún más largas usando más amplificadores para aumentar la señalEsto también permitiría la transmisión de referencias de frecuencia estables a través de una red nacional de fibra óptica, donde cualquier científico con acceso a una red de telecomunicaciones podría usarlas.
"Cuando se inventaron los relojes atómicos, nadie pensó que proporcionarían estándares de tiempo que se utilizarían para la navegación GPS, por ejemplo", dijo Baldwin. "Esperamos que, de la misma manera, se pueda acceder fácilmente a los estándares de frecuencia que sontan estable como los que se encuentran en un laboratorio de medición nacional será una tecnología habilitadora para muchas aplicaciones que requieren tiempos precisos y mediciones de frecuencia precisas ".
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Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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