Frequency comb-based microwave transfer over fiber with $7 \times 10^{-19}$ instability using fiber-loop optical-microwave phase detectors
我们展示了一个远程微波/射频（RF）传输技术的基础上稳定的光纤链路使用光纤环路光微波相位检测器（FLOM-PD）。该方法通过使用FLOM-PD在从远程站点反射的光脉冲训练和本地微波/RF信号之间进行直接相位比较来补偿在光纤传输中引入的过量相位波动。这使得亚fs分辨率和长期稳定的链路稳定性成为可能，同时具有宽的定时检测范围和对光纤色散补偿的需求较少。在1000 s和82500 s平均时间下，由2.3 km光纤链路分隔的2.856 GHz RF振荡器之间的相对频率不稳定性分别为$7.6 \times 10^{-18}$和$6.5 \times 10^{-19}$。
2013-12-26 physics.ins-det physics.optics
Remote atomic clock synchronization via satellites and optical fibers
在参与实现国际原子时的机构的全球网络中，通过全球定位系统和利用通信卫星进行双向卫星时间和频率传递来比较原子钟和时标。最先进的主铯喷泉时钟的频率可以在10 e-15（相对，1天平均）的水平上进行比较，时间尺度可以同步，不确定度为1纳秒。未来全球时钟比较的改进还需要改进本地信号分配系统。例如，未来的ACES（空间原子钟系综）飞行任务将在100 ps的不确定度水平上演示远程时标比较。为了确保ACES地面仪器将同步到PTB的当地时间尺度，而没有显着的不确定性贡献，我们已经开发了一种通过光纤校准时钟比较的方法。在PTB的校园里，在2公里的距离上的不确定度低于50 ps。因此，该技术通常是增强型时间传递设备与UTC的本地实现同步的有希望的候选者。基于这些实验，我们估计校准的时间传输通过光纤在更长的距离的不确定性水平。这些研究结果与卫星时间传递系统的现状和发展进行了比较，重点是业务系统的校准技术。
2011-05-02 physics.ins-det physics.optics
Phase- coherent comparison of two optical frequency standards over 146 km using a telecommunication fiber link
我们已经探讨了两个“暗光纤”的商业电信光纤链路的光学时钟的远程比较的性能。连接汉诺威莱布尼茨大学（LUH）和布伦瑞克联邦物理技术局（PTB）的两条光纤在汉诺威连接，形成总长度为146公里的光纤。在PTB，工作在456 THz的光频标的性能被印刻到194 THz的连续波传输激光器上，并且其频率通过光纤传输。为了检测和补偿与光纤链路相关的相位噪声，我们构建了一个低噪声光纤干涉仪，并研究了影响光纤链路整体性能的噪声源。利用PTB Yb ~+频率标准的时钟激光器在344 THz工作，测量了远端的频率稳定度。结果表明，稳频光纤激光器的频率可以在146 km的光纤长度上传输，其相对频率不确定度小于1 E-19，短期频率不稳定度由分数Allan偏差sy（t）=3.3E-15/（t/s）给出。
2009-06-18 physics.optics
Cascaded optical fiber link using the Internet network for remote clocks comparison
我们报告了一个级联的光链路1100公里的超稳定的频率分布在互联网光纤网络。该链路由四个跨度组成，其中传播噪声得到主动补偿。五个全自动光电站确保了链路的稳定性和性能，其中两个位于链路端部，三个部署在现场并连接跨段。该装置利用低噪声激光二极管的外差光锁相相干再生光信号。利用稳定、低噪声的光纤干涉仪实现了激光锁定拍频信号的光学检测和链路噪声补偿。我们显示了噪声补偿的4跨级联链路连续运行3.5天，导致分数频率不稳定性在1秒测量时间为4x 10 -16，在2000秒为1x 10 -19。该级联链路扩展到1480公里，具有相同的性能。这项工作是朝着可持续的广域超稳定光学频率分配和比较网络迈出的重要一步，具有非常高的性能水平。
2015-09-22 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Beyond the fundamental noise limit in coherent optical fiber links
众所周知，温度变化和声学噪声影响沿光纤的超稳频率传播。通常采用有源稳定技术来补偿光纤引起的相位噪声。然而，尽管有这种补偿，最终的链路性能仍然受到所谓的延迟未抑制光纤噪声的限制，该延迟未抑制光纤噪声与光在光纤中的传播延迟有关。在本文中，我们展示了一种数据后处理方法，使我们能够克服这一限制。我们实现了在远程链路端传输的光信号和往返信号之间的减法算法。以这种方式，获得了超过延迟未抑制噪声所施加的基本限制的6 dB的改善。这一结果将远程光学时钟之间的可能比较的分辨率提高了2倍。我们证实了理论预测与实验数据上获得的47公里的城域光纤链路，并提出如何扩展这种方法的频率传播的目的。
2014-07-01 physics.optics
Direct Phase Locking of a Ti:Sapphire Optical Frequency Comb to a Remote Optical Frequency Standard
我们报告了一个超低噪声的光频率传输从一个远程位置的Sr光晶格时钟激光器的钛：蓝宝石光学频率梳通过电信波长的光纤网络。钛宝石光学频率梳固有的窄线宽消除了对局部参考高精细度腔的需要。光学频率梳相对于远程光学参考的相对分数频率不稳定性在1 s时为$6.7(1) \times 10^{-18}$，在1,000 s时为$1.05(3) \times 10^{-19}$，包括2.9 km长的光纤网络。这保证了光学频率梳具有与光学标准相同的精度。我们的研究结果为超高精度光谱学和在更简单的设置中将高精度光频转换为射频铺平了道路。
2019-04-02 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Scalable functionalization of optical fibers using atomically thin semiconductors
原子薄的过渡金属二硫属化合物由于其激子驱动的与光的线性和非线性相互作用，在集成光电和光子系统中具有很大的应用前景。将它们集成到光纤中，为光通信、遥感和全光纤光电子学带来了新的机会。然而，在光纤上可扩展和可再现地沉积高质量单层是一个挑战。在这里，我们报告的化学气相沉积单层二硫化钼和WS2晶体的微结构暴露芯光纤的核心和它们的相互作用与光纤的导模。我们展示了两种不同的应用可能性的二维功能化波导，以提高其潜力。首先，我们同时激发和收集激子二维材料的光致发光与光纤模式，开辟了一条新的路线，遥感。然后，我们表明，三次谐波产生修改的高度本地化的非线性极化的单层，产生一个新的途径来定制光纤中的非线性光学过程。我们预计，我们的研究结果可能会导致光纤技术的重大进步。
2020-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Multi-node optical frequency dissemination with post automatic phase correction
我们报告了一种通过光纤链路进行激光相干传输的技术，其中通过光纤链路由环境扰动引起的光学相位噪声由远程用户用被动相位噪声校正进行补偿，而不是像传统的那样在输入端进行补偿。由于采用开环设计，既不需要鉴相，也不需要主动相位跟踪，克服了传统有源相位噪声抵消器补偿速度和补偿精度有限的技术难题。理论分析和实验证明，经过噪声补偿后，光纤残余相位噪声引入的延迟效应比传统技术提高了7倍。使用这种技术，我们演示了传输激光通过145公里长的，基于实验室的缠绕光纤。经过补偿后，在1 s平均时，以重叠Allan偏差表示的相对频率不稳定度为1.9E-15，在10, 000 s平均时，相对频率不稳定度下降到5.3E-19。通过光纤传输后的光相对于输入光的频率不确定度为-0.36 ± 2.6E-18。由于传输的光信号在到达远程站点之前保持不变，因此它可以在任意复杂的光纤网络上同时传输到多个远程站点，从而为开发具有针对多个最终用户的后自动相位噪声校正的多节点光频率传播系统铺平了道路。
2020-01-16 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Interrogation of a fiber Fabry-Perot sensor by current modulation of a diode laser
提出了一种利用半导体激光器光源的电流调制对无源光纤光栅法布里-珀罗谐振腔进行远程解调的方法。由于RF振幅和频率调制的存在，它是超灵敏的Pound-Drever-Hall激光频率锁定技术的变体。我们证明，电流调制和干涉解调消除了对相位调制器的传感架构的需要。
2004-11-09 physics.ins-det physics.optics
Two-photon interference in the telecom C-band after frequency conversion of photons from remote quantum emitters
通过量子中继器进行的基于光纤的有效长距离量子通信依赖于电信波长的确定性单光子源，具有利用现有全球基础设施的潜力。为了提高量子网络的实验复杂性，远程非经典发射器在低损耗电信波段的双光子干涉（TPI）至关重要。关于不同发射器的TPI，已经进行了几个实验，例如，使用捕获的原子[Beugnon 2006]、离子[Maunz 2007]、NV中心[Bernien 2012，Sipahigil 2012]、SiV中心[Sipahigil 2014]、有机分子[Lettow 2010]和半导体量子点（QD）[Patel 2010，Flagg 2010，He 2013 b，Gold 2014，Giesz 2015，Gaza 2017，Reindl 2017，Zopf 2017];然而，频谱范围与非常理想的电信C波段相距甚远。在这里，我们报告了来自远程QD的下转换单光子之间在1550 nm处的TPI [Michler 2017 Book]，证明量子频率转换[Zask 2012，Ates 2012，Kambs 2016]是消除独立发射器之间频率差的精确和稳定机制。共振时，观察到（29 ± 3）%的TPI可见度，仅受单个QD的光谱扩散过程的限制[Robinson 2000，Kuhlmann 2015]。在两个或单独的信号路径中引入了高达2公里的额外光纤通道，对TPI可见性没有影响，证明光子波包失真可以忽…
2018-03-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Chirped Frequency Transfer with an accuracy of $10^{-18}$ and its Application to the Remote Synchronisation of Timescales
我们展示了线性啁啾，光频率和时间传输相结合的高保真长途传输。在原理验证实验中，我们通过150 km的相位稳定地下光纤链路传输线性啁啾约为238 kHz/s的光频率。我们发现一个分数频率传输不稳定性（艾伦偏差，18000 s的平均时间）和啁啾的频率两端之间的水平上的$2\times10^{-19}$，其中的主动相位稳定抑制累积，对称的影响。在第二步中，我们演示了远程测量的同步利用啁啾频率转移。这里的时间传递的不确定性约为500 ps。
2014-03-03 physics.optics
Frequency transfer via a two-way optical phase comparison on a multiplexed fiber network
我们在光纤上进行了双向远程光学相位比较。两个光频率信号在光纤中以相反的方向发射，并且在另一端同时测量它们的相位。在这种技术中，光纤噪声被被动地抵消，并且我们在最终的1 E-21稳定性水平下比较了两个光频率。该实验是在47公里的光纤上进行的，该光纤是互联网流量的城域网的一部分。该技术依赖于在链路两端的光学相位的同步测量，这是通过使用数字电子技术实现的。该方案相对于主动噪声消除具有几个优点，并且可以升级以执行更复杂的任务。
2014-07-01 physics.optics
High-throughput Imaging of Self-luminous Objects through a Single Optical Fiber
通过单根光纤成像在许多应用中提供了有吸引力的可能性，如显微内窥镜或遥感。然而，通过光纤直接传输图像是困难的，因为空间信息在传播时被扰乱。我们展示了一种图像传输策略，空间信息首先转换为光谱信息。我们的策略是基于扩频编码的原理，借用无线通信，其中对象像素被转换成不同的频谱代码，跨越整个带宽的对象频谱。图像恢复是通过对光纤输出端的检测光谱进行数值反演来实现的。我们提供了一个简单的示范扩频编码使用法布里-珀罗标准具。我们的技术使自发光（即非相干）的物体的2D成像具有高吞吐量的原则上独立于像素数。此外，它对光纤弯曲不敏感，不包含移动部件，并打开了极端小型化的可能性。
2015-05-27 physics.optics
Tunable Nanoislands Decorated Tapered Optical Fibers Reveal Concurrent Contributions in Through-Fiber SERS Detection
本研究采用可调固相去湿法在锥形光纤表面制备单层金纳米岛，系统研究颗粒几何参数对透光纤SERS性能的影响，实现低至10⁻⁷ M的检测限，为远程SERS探针设计提供新策略。
2024-04-21 physics.app-ph physics.optics
Single-mode sapphire fiber Bragg grating
我们在这里提出的蓝宝石中的布拉格光栅的单模波导的铭文。波导布拉格光栅在1550 nm通信波段具有新颖的多层凹陷包层设计。布拉格光栅具有窄带宽（<0.5 nm），并且在1000°C下退火后仍然存在。该结构的刻飞秒激光直写，使用自适应光束整形与非浸没物镜。通过在直径为425 μm的蓝宝石光纤中写入带有布拉格光栅的波导，形成了单模蓝宝石光纤布拉格光栅，为极端环境下的精确遥感提供了巨大的潜力。
2021-12-23 physics.app-ph physics.optics
Passive Optical Phase Stabilization on a Ring Fiber Network
光学频率传输提供了在数千公里范围内进行高保真频率传输的手段。进一步发展光频传输的一个关键步骤是它能够将高光谱纯度的特征从超稳激光器或光钟传输到任何远程位置，同时，它的适应性将光频传输技术结合到具有不同拓扑结构的任何现有通信网络中。在这里，我们第一次报告的技术，提供光频信号，多个独立的远程集线器沿环形光纤网络与被动相位稳定。该技术通过混合和移动光信号来自动校正环路上任意集线器的光纤长度波动。该方法不需要有源相位跟踪器和补偿器，可以有效地解决传统相位噪声抵消中补偿速度和相位恢复时间有限、伺服突点引起的相位抖动污染等技术问题。此外，通过使用相同的光源沿两个方向传输光信号，可以提高每个集线器处的信噪比。该技术保持了与传统技术相同的延迟受限相位噪声校正能力，此外，将相位抖动提高了3倍，从而为具有高频谱纯度的超稳定频率基准的广泛分布开辟了道路，并实现了在具有自然令人印象深刻的可靠性和可扩展性的环形光纤网络上的计量之外的广泛应用。
2021-02-11 physics.ins-det physics.optics
Phase-sensitive interrogation of fiber Bragg grating resonators for sensing applications
本文讨论了一种用于无源布拉格光栅法布里-珀罗谐振腔远程解调的相敏技术。它基于Pound-Drever-Hall激光频率锁定，使用射频相位调制边带从法布里-珀罗干涉仪的谐振附近的复杂光学响应导出误差信号。我们研究如何调制频率和谐振带宽影响这个误差信号。实验结果表明，当激光器被锁定，该方法检测到的差分相移的光载波相对于其边带，由于微小的光纤光路位移。
2004-11-09 physics.ins-det physics.optics
Multimode fiber laser cavities as nonlinear optical processors
Koç University（科奇大学）
利用多模光纤激光谐振腔实现非线性光学处理，通过多模干涉和增益饱和动力学进行高维变换，实现高准确率的分类任务，且参数数量远少于深度神经网络。
2026-02-10 physics.optics
Long-distance remote comparison of ultrastable optical frequencies with 1e-15 instability in fractions of a second
我们展示了一个完全光学，长距离的远程比较独立的超稳定的光频率达到短期的稳定性，优于任何报告的远程比较的光频率。我们使用两个超稳定激光器，它们相隔超过50公里的地理距离，并通过商业电信网络中73公里长的相位稳定光纤进行比较。远程表征跨越一个以上的光学倍频程，并在0.1 s内达到3e-15的独立超稳激光系统之间的分数频率不稳定性。在100 ms时实现的性能代表了一个数量级的改进，以任何以前报道的远程比较的光频率，并使未来的远程传播的稳定性100兆赫线宽激光器在几秒钟内。
2010-09-17 physics.gen-ph physics.optics
Distributed Raman optical amplification in phase coherent transfer of optical frequencies
我们描述了拉曼光纤放大（ROA）的应用，在光纤链路中的光频率的相位相干转移。ROA使用传输光纤本身作为双向相干放大的增益介质。在测试设置中，我们根据开关增益、信噪比和添加到载波的相位噪声来评估ROA。我们在一个200 km的光纤链路中传输了一个激光频率，并附加了一个16 dB的固定衰减器（相当于单跨275 km的光纤），并对同向传播和反向传播放大泵浦方案进行了评估，证明了限制同向传播泵浦配置的非线性效应。在光纤链路噪声补偿的情况下，远端处的频率在1000 s内具有3e-19的分数频率不稳定性。
2012-11-16 physics.optics
Branching optical frequency transfer with enhanced post automatic phase noise cancellation
我们提出了一种通过分支光纤链路的激光相干传输技术，其中通过光纤链路由环境扰动引起的光学相位噪声由远程用户被动补偿，而不需要任何主动伺服组件。在每一个远端，声光调制器（AOM）同时作为频率识别器，用于区分其独特的频率与其他站点的频率，并作为光致动器，用于补偿来自光纤的相位噪声。有了这种配置，我们将一个长的外环路径组成的光纤尾纤AOM的环路，使外环相位噪声的显着减少被动的方式。为了进一步解决干涉仪和双向光频比较系统的残余环外相位噪声问题，设计了一种低噪声主动稳温系统。背靠背系统的测量表明，我们的稳定系统的稳定性在1 s时为$2\times10^{-16}$，在10，000 s后达到$2\times10^{-20}$。采用这些技术，我们演示了激光通过具有50公里和145公里两条光纤链路的分支光纤网络的传输。在对145 km光纤链路进行补偿之后，相对频率不稳定性在1 s平均时间处为$3.4\times10^{-15}$，并且在10，000 s平均时间处按比例缩小为$3.7\times10^{-19}$。该技术适用于将光信号同时传输到本地区域内的多个独立用户。
2021-04-25 physics.ins-det physics.optics
Plug-and-play quantum devices with efficient fiber-quantum dot interface
将固态量子发射器嵌入光纤网络中，可以实现量子信息的远距离传输和分布式量子节点的远程连接。然而，将量子发射器与纤维光学对接遇到若干挑战，包括低耦合效率和稳定性。在这里，我们展示了一种高效的光纤接口光子器件，它可以直接将单光子从量子点发射到标准的FC/PC连接器化单模光纤（SMF 28）中。基于孔光栅的优化设计的光子结构产生与单模光纤的小数值孔径相匹配的超窄定向光束。拾放技术选择性地将单个小型化器件集成到光纤的芯中。我们的方法实现了即插即用的单光子器件，不需要任何光学对准，从而保证了长期稳定性。因此，这些结果代表了在光纤网络上实现实用和可靠的量子光的重要一步。
2022-02-26 physics.optics quant-ph
Astronomical Applications of Multi-Core Fiber Technology
光纤已经改变了天文仪器的设计，允许一个复杂的，往往是大型仪器安装在一个远程和稳定的位置相对于望远镜。光纤还可以重新排列来自焦平面的信号，在光谱仪的入口处形成伪狭缝，优化探测器的使用，并同时研究数十万颗恒星或星系。相对于传统光纤，多芯光纤特别提供了几个有利的特性：1）相对于独立式光纤，单模芯之间的间隔大大减小并且高度规则，2）它们提供了具有多光纤能力的单片封装，以及3）它们在衍射极限下操作。这些特性使得单组分光子灯、高度简化的光纤布拉格光栅和先进的光纤扰模器成为可能。此外，纤芯的精确网格使得能够设计用于光谱学的高效单模光纤积分场单元。在本文中，我们概述了多芯光纤技术在天文学中的广泛应用，并概述了未来的发展领域。
2020-03-31 astro-ph.IM physics.optics
Long Light Storage Time in an Optical Fiber
光纤中的光存储是量子光延迟线技术中的一个有吸引力的部件。尽管硅芯光纤在传输宽带光信号方面表现出色，但调整其色散特性以减慢光脉冲或将其存储在硅芯中长延迟时间是具有挑战性的。利用色散相干介质与光纤耦合可以实现长光延迟。在这里，我们加载冷Rb原子蒸气到空芯光子晶体光纤内的光阱，并存储在由原子形成的长寿命自旋波的光的相位，并使用电磁诱导透明（EIT）在完全可控的延迟时间后恢复它。我们实现了超过50 ms的存储时间，结果相当于光纤中8.7x10^-5 dB s^-1的传播损耗。我们的演示可用于缓冲和调节远程网络之间的经典和量子信息流。
2020-09-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
