Conversion de fréquences optiques avec une incertitude de 10 ^ (- 21)

Anonim

Les synthétiseurs de fréquence allant de la fréquence audio à la région des micro-ondes ont été largement utilisés dans la vie quotidienne, dans la haute technologie et dans la recherche scientifique. Ces synthétiseurs de fréquence peuvent émettre un signal avec une fréquence liée à la fréquence lumineuse d'entrée (fin) en tant que fin / R. Pendant ce temps, la cohérence de phase, la stabilité de fréquence et la précision du signal de sortie héritent du signal d'entrée. Alors que dans la région optique, il n'y avait pas un tel dispositif. Depuis l'invention des lasers, les scientifiques peuvent réaliser une conversion de fréquence optique avec un procédé optique non linéaire. Par exemple, la génération de deuxième harmonique peut convertir des fréquences optiques en fout =fin / 0, 5, où fout est la fréquence lumineuse de sortie. Cependant, la conversion de fréquence optique avec des rapports arbitraires n'a pas été réalisée depuis longtemps.

L'invention du peigne de fréquence optique a ouvert la voie au diviseur de fréquence optique. En 2003, une comparaison internationale de quatre peignes de fréquence optique de l’Université normale de Chine orientale (ECNU, Chine), de l’Institut national de normalisation et de technologie (NIST, États-Unis) et du Bureau international des poids et mesures (BIPM) a démontré L'incertitude de synthèse des peignes de fréquence optique basés sur différents types de lasers femtosecondes était au niveau 10 (- 19) (Long-Sheng Ma et coll., Science, Vol. 303, page 1843, 2004). Récemment, le groupe d'ECNU a réalisé un diviseur de fréquence optique précis et à faible bruit en combinant plusieurs techniques clés d'un peigne de fréquence à référence optique, un interféromètre à auto-référence colinéaire pour détecter la fréquence de décalage de l'enveloppe du peigne, une RF base de temps et le schéma d'oscillateur de transfert. En comparant le rapport de fréquence entre l’harmonique fondamentale et la deuxième harmonique d’un laser à 1064 nm au lieu d’une deuxième copie du diviseur de fréquence optique identique, il est démontré que l’incertitude de division est de 1, 4 × 10 ^ (- 21). Le diviseur de fréquence optique peut diviser avec précision une fréquence optique avec un rapport prédéfini arbitraire sur plusieurs longueurs d'onde différentes. Les scientifiques sont capables de mesurer les rapports de fréquence optique directement à partir des rapports de division des diviseurs de fréquence optique lorsque la lumière de sortie et la lumière d'entrée des diviseurs de fréquence optique correspondent aux fréquences d'horloge.

Le diviseur de fréquence optique sera déterminant dans les applications des horloges optiques. "Les progrès récents des horloges atomiques optiques démontrent une instabilité et une incertitude de fréquence fractionnaire record au niveau de 10 ^ (- 18). La précision sans précédent favorise une révolution scientifique et technologique. En utilisant des horloges optiques, on recherche des variations possibles des constantes fondamentales en laboratoire, en mesurant précisément les rapports de fréquence de deux transitions atomiques différentes d'horloges optiques dans le temps Dans la géodésie relativiste, la différence géopotentielle à longue distance sera mesurée précisément en comparant les fréquences d'horloges optiques distantes reliées à des fibres optiques. La conversion des horloges optiques doit être convertie avec précision en bande de télécommunication par fibre optique pour la transmission longue distance. En métrologie, l’unité fondamentale du temps, la seconde du système international d’unités (SI), sera redéfinie en fonction des horloges atomiques optiques. des comparaisons entre des horloges optiques basées sur différentes espèces d'atomes doivent être effectuées dans ou pour confirmer l'accord entre les horloges optiques avec une incertitude au-delà de la seconde SI actuelle, ainsi que pour démontrer la reproductibilité de la fréquence des horloges optiques. De plus, la spectroscopie de précision atomique et moléculaire espère que la lumière d'horloge précise et stable peut être transférée dans une gamme spectrale plus large. Toutes ces applications reposent sur une mesure précise du rapport de fréquence entre des horloges optiques séparées spectralement ou une conversion de fréquence d’horloges optiques. "

Dans un article de recherche publié dans le National Science Review de Beijing, Yao et. Al. introduire un diviseur de fréquence optique avec une incertitude de division au niveau 10 ^ (- 21). L'incertitude de division induite par le diviseur de fréquence optique est donc de trois ordres de grandeur meilleure que celle des horloges optiques les plus précises, promettant une division de fréquence optique sans dégrader les performances des horloges optiques. Ils espèrent que ce type de diviseur de fréquence optique contribuera également à la mesure de précision.

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