fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise conférence...
TRANSCRIPT
![Page 1: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/1.jpg)
Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních signálů z optických normálů frekvence a času
Ondřej Číp, Šimon Řeřucha, Radek Šmíd,
Martin Čížek, Břetislav Mikel (ÚPT AV ČR)
Josef Vojtěch a Vladimír Smotlacha (CESNET)
![Page 2: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/2.jpg)
Statut: Veřejná Výzkumná Instituce (v.v.i.) Sídlo: Brno Rok založení: 1957 Počet pracovníků: 220 Současné hlavní směry výzkumu: 1. Elektronová mikroskopie a litografie 2. Magnetická rezonance a biomedicínské signály
3. Výzkum laserů a interferometrie – Oddělení Koherenční optiky
![Page 3: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/3.jpg)
Hlavní oblasti zaměření KO:
- laserová spektroskopie: - absorpční kyvety pro stabilizaci laserů - metody zvyšování koherence laserů - normály optické frekvence
- laserová interferometrie: - metody měření délek s rozlišením o velikosti atomů (nanometrologie) - metody určení hodnoty indexu lomu vzduchu - absolutní měření vzdáleností pomocí laserů
- laserové technologie: - depozice reflexních a AR vrstev - výzkum svařování „nesvařitelných“ materiálů pomocí laserů
![Page 4: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/4.jpg)
Délka patří mezi základní veličiny, které člověk využívá pro svoji orientaci v prostoru
Iniciativa výrobců i uživatelů vedla k hledání jednotného systému měření délky, který by následně zajistil vzájemnou slučitelnost (kompatibilitu) výrobků 20. května 1875 podepsalo celkem 17 zemí „Konvenci metru“ - Jednotkou délky je 1 metr a jeho délka je definována artefaktem – tyčí ze slitiny platiny a iridia, která je měřena při teplotě tání ledu
![Page 5: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/5.jpg)
21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost, kterou urazí světlo ve vakuu během časového intervalu 1/299 792 458 sekundy (tj. světlo urazí ve vakuu za sekundu přesně 299 792 458 metrů). Realizace normálu délky je tak možná přes stanovení vlnové délky světla laseru (lambda): kde c je rychlost světla, je optická frekvence laseru
𝜆 = 𝑐
𝜈
![Page 6: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/6.jpg)
ABSORPCE
EMISE
![Page 7: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/7.jpg)
LASER standard
pevné zrcadlo
pohyblivé zrcadlo
polopropustné zrcadlo
destruktivní interference
konstruktivní interference
𝜆 = 𝑐
𝜈
LASEROVÝ INTERFEROMETR
![Page 8: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/8.jpg)
Pokud chceme měřit s tzv. metrologickou návazností, je nezbytné mít normálový laser vždy u měřicího systému (interferometru). Vyplývá povinnost periodicky kalibrovat normálový laser (u ČMI).
Porovnání dvou laserů se provádí směšováním optických svazků s produkcí záznějové frekvence. Střední hodnota a stabilita záznějové frekvence určuje odchylku testovaného laseru od státního etalonu (ČMI). Vyžaduje převoz laseru do laboratoře, měřicí systém je po dobu pravidelné kalibrace laseru mimo provoz.
![Page 9: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/9.jpg)
Díky existenci fotonických sítí lze zajistit přenos optické frekvence ze superstabilního laseru do všech míst, kam vedou optická vlákna pro komunikace.
Státní etalon optické frekvence
(Superstabilní Laser)
Odběratel 1
Odběratel 2
Odběratel …
Interferometrické NANOKOMPARÁTORY
přenosová fotonická síť
![Page 10: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/10.jpg)
Přenos superstabilních optických frekvencí z optických hodin: - propojení národních metrologických laboratoří, které provozují
tzv. hodinové (q-bit) lasery – spektroskopie je prováděna na jediném zchlazeném iontu, který je excitován na zakázaný přechod. Jedná se o tzv. optické hodiny.
![Page 11: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/11.jpg)
Síť optických hodin propojených optickými vlákny Díky stabilitám hodinových laserů v 15-17 řádu lze detekovat např. velmi malé změny magnetického pole Země. Je nutné mít síť geograficky rozptýlených optických hodin a měřit odchylky frekvence laserů v reálném čase: - predikce zemětřesení - detekce nalezišť nerostných
surovin - detektor gravitačních vln
![Page 12: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/12.jpg)
Optická vlákna díky teplotní dilataci a absorpci mechanického či akustického vlnění vnášejí do přenosové trasy fázový šum, který výrazně zhoršuje stabilitu přenášených superstabilních frekvencí. Provádí se tzv. stabilizace délky/fáze optického vlákna:
![Page 13: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/13.jpg)
Optická vlákna díky teplotní dilataci a absorpci mechanického či akustického vlnění vnášejí do přenosové trasy fázový šum, který výrazně zhoršuje stabilitu přenášených superstabilních frekvencí. Provádí se tzv. stabilizace délky/fáze optického vlákna:
Optická frekvence laseru se posune pomocí AOM modulátoru o mezifrekvenční kmitočet. Takový laserový signál se zašle přes smyčku a následně se směšuje s původním laserovým svazkem. Získaná odchylka se použije k výpočtu kompenzačního zásahu.
![Page 14: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/15.jpg)
Zatím je připravena nestabilizovaná smyčka ÚPT-Zikova-ÚPT: Délka smyčky: 620 km Typ vlákna: nasvícené telekomunikační vlákno DWDM Typ kanálu: vyhrazená vlnová délka určená pro přenos frekvence Průměrná delay smyčky: 3038s Záznam měřené odchylky zpoždění:
![Page 16: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/17.jpg)
R=3m
R=6m
R=14m
R=18m
+13,20
+53,80
+55,60
+45,00
+31,00
+23,00
14/2
14/0 22/6
22/5
21/17
22/16
FBG FBG
FBG
FBG
FBG
FBG
FBG FBG
FBG
FBG
FBG
FBG
![Page 18: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/18.jpg)
![Page 19: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/20.jpg)
Tento výzkum je podpořen formou institucionální podpory z projektu č. RVO:68081731 a projektu Evropské komise a Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy projekt č. CZ.1.05/2.1.00/01.0017. Spuštění přenosové trasy ÚPT- CESNET Zikova – ÚPT je podporováno projektem Fondu rozvoje CESNET, projekt č. 500/213 Zvláštní poděkování kolegům z oddělení fotonických služeb a aplikací CESNET.
![Page 21: Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních ...21. října 1983 komise Conférence Generale des Poids et Mesures (CGPM) stanovila novou definici: 1 metr je vzdálenost,](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022071500/611e69c77938a954f240496c/html5/thumbnails/21.jpg)