光钟信号与电信数据首次实现同传

  来自美国国家标准与技术研究院等机构的研究团队在新一期《光学》期刊发表研究称，他们首次证明在数十公里的实际部署多芯光纤中，超稳定光学原子钟（以下简称“光钟”）信号可以与电信数据同时兼容传输。这表明新兴的高容量光纤网络不仅能传输海量数据，还有望精准同步世界各地的原子钟，为基础科学、精密测量乃至全球时间标准的演进打开新大门。

  研究团队在意大利拉奎拉部署的多芯光纤中，开展了为期3小时的实地测试。在同时传输模拟电信数据的条件下，光学信号的频率不稳定度达到目前最先进光钟所需的精度标准。

  随着全球数据需求持续飙升，支持更高容量的多芯光纤正步入商用部署。这种光纤在单根光纤中包含多个导光芯，大幅提升了用于流媒体传输、金融和人工智能等应用的通信容量。本次研究首次验证，这种结构也适用于极其严苛的光钟信号传输。

  如今最先进的光钟精度已达小数点后18位。这意味着，钟表每运行10亿年，理论上误差也不会超过一秒。然而，在传输过程中要保持如此精度非常困难，因为光纤本身对温度变化、机械应力等环境扰动极为敏感。

  团队此次创新性地利用多芯光纤“多通道”的结构，将出站光信号从一个芯线发出，回程信号走另一个芯线。这些芯线受环境扰动几乎一致，相当于走了“同一路径”，却避免了传统双向传输中易出现的反射干扰，还可使用已有的噪声修正技术，且不影响正常数据通信。

  实验显示，约25公里长的多芯光纤带来的频率噪声与理论模型及单芯光纤测试结果一致，表明使用多芯光纤不会降低信号性能。同时，光纤引入的长期不稳定性足够低，完全可以满足最先进光钟的传输需求。

  目前实验中表现出的不稳定性主要受限于实验室使用的短光纤路径，而不是多芯光纤本身。这意味着如果优化实验环境，性能有望进一步提升。