Zegar atomowy dostępny w Poznaniu dzięki łączu PCSS

Połączenie uruchomione zostało testowo w pętli Toruń-Poznań-Toruń z wykorzystaniem infrastruktury światłowodowej sieci PIONIER i ma łącznie ponad 600 km długości. Taka konfiguracja połączenia (w pętli) umożliwi przetestowanie efektywności mechanizmów stabilizacji przesyłanego sygnału oraz kompensacji zakłóceń. Jest to główny etap weryfikacji działania systemu transmisyjnego w realnym środowisku pracy.

System dystrybucji nośnej optycznej wykorzystuje urządzenia zbudowane w PCSS i bazuje na transmisji w pojedynczym, dedykowanym włóknie światłowodowym. W systemach tych „nośnikiem informacji” o częstotliwości jest bardzo wąska (spektralnie) wiązka lasera dowiązana do zegara optycznego, czyli najprecyzyjniejszego zegara na świecie.

Według wstępnych pomiarów, zbudowane urządzenia charakteryzują się długoczasową niestabilnością nie gorszą niż 3x10e-20. Są to wyniki porównywalne z najlepszymi na świecie systemami do wzorcowej częstotliwości optycznej.

Prace w PCSS realizowane są w ramach Krajowego Systemu Wytwarzania i Dystrybucji Wzorcowej Nośnej Optycznej. Jego celem jest stworzenie ultrastabilnego systemu laserowego, który będzie można połączyć z optycznym zegarem atomowym oraz z siecią dystrybucyjną wykorzystującą łącza światłowodowe. Optyczny sygnał wzorcowy o niskim szumie fazowym zostanie przesłany do uczestników konsorcjum NLPQT, gdzie będzie dostępny dla zainteresowanych partnerów naukowych i przemysłowych. Zbudowany system umożliwi wdrożenie szeregu usług skierowanych do branży fotonicznej, optycznej, chemicznej i im pokrewnym.

– Dzięki temu z dala od zegara optycznego będzie można prowadzić eksperymenty, do których potrzebny jest wąski prążek lasera o ściśle określonej częstotliwości. Może on zostać wykorzystany w szerokim zakresie badań od spektroskopii, poprzez prowadzenie eksperymentów z zakresu fizyki fundamentalnej, do poszukiwania ciemnej materii i monitorowania grawitacji Ziemi – mówi Krzysztof Turza, specjalista z PCSS.

Gdy tylko sygnały z nowych zegarów staną się powszechne, prawdopodobnie będą użyteczne m.in. w geodezji. Dzięki nim będzie można precyzyjnie, z dokładnością do centymetra, wyznaczać wysokość terenu. Ponadto ultrastabilne sygnały częstotliwościowe mogą mieć zastosowanie w wielu dziedzinach, w szczególności w telekomunikacji (synchronizacji) czy nawigacji. Tym samym zegary atomowe mogą przyczynić się do rozwoju nowych technologii oraz opracowania bardziej wydajnych systemów transmisji w sieciach telekomunikacyjnych.

W przyszłości sygnał ma być dystrybuowany nie tylko między Poznaniem a Toruniem, ale też do Warszawy i Wrocławia. „Przetransportowanie” sygnału zegara do odległych jednostek pozwoli na korzystanie z jego możliwości zdalnie, poza laboratorium.

Mimo swojej precyzji, optyczne zegary atomowe mają dwie wady: po pierwsze są bardzo trudne do skonstruowania i wymagają wysokiej klasy specjalistów do ich utrzymania. Po drugie są duże, zajmują całe pomieszczenia laboratoryjne i potrzebują specjalnych warunków, takich jak np.: odpowiednia temperatura. Dzięki innowacyjnemu sposobowi „przeniesienia” zegara, możliwe jest rozwijanie badań naukowych także poza Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej w Instytucie Fizyki UMK. Dzięki temu szeroki dostęp do ultradokładnych zegarów atomowych mogą mieć oddalone o setki kilometrów jednostki naukowe i komercyjne.