我國實現百公里自由空間高精度時間頻率傳遞

中國科學技術大學教授潘建偉及同事張強、姜海峰、彭承志等與中國科學院上海技術物理研究所等單位合作，通過發展大功率低噪聲光梳、高靈敏度高精度線性采樣、高穩定高效率光傳輸等技術，首次在國際上實現百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞，有效驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性，向建立廣域光頻標網絡邁出重要一步。相關論文近日在線發表于《自然》 。

　　近年來，基于超冷原子光晶格的光波段原子鐘（光鐘）的穩定度已進入E-19量級。然而，傳統基于微波的衛星時頻傳遞穩定度僅有E-16量級，不能滿足高精度時頻網絡的需求。基于光頻梳和相干探測的自由空間時頻傳遞技術穩定度可以達到E-19量級，是高精度時頻傳遞的發展趨勢，但此前國際上的相關工作信噪比低、傳輸距離近，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳遞的需求。

　　在此次刊發的成果中，研究團隊發展了全保偏光纖飛秒激光技術，實現了瓦級功率輸出的高穩定光頻梳；基于低噪聲平衡探測和集成干涉光纖光路模塊，結合高精度相位提取后處理算法，實現了納瓦量級的高靈敏度線性光學采樣探測，單次時間測量精度優于100飛秒，進一步提升了光傳輸望遠鏡的穩定性和接收效率。

　　在上述技術突破的基礎上，研究團隊在新疆烏魯木齊成功實現了113公里自由空間時頻傳遞，時間傳遞萬秒穩定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩定度優于4E-19，系統可容忍最大鏈路損耗高達89dB，遠高于中高軌星地鏈路損耗的典型預期值（約78dB），充分驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性。

　　審稿人評價稱：“該工作是星地自由空間遠距離光學時間頻率傳遞領域的一項重大突破，將對暗物質探測、物理學基本常數檢驗、相對論檢驗等基礎物理學研究產生重要影響。”

　　相關論文信息： https://doi.org/10.1038/s41586-022-05228-5