光钟与1.5微米光纤通讯波段激光的频率精密转换研究

Optical clock networks in fiber will play an important role in precision measurement of physics and national strategic demands. The frequency of most optical clocks is not at the fiber telecom band. So high precision frequency conversion between optical clocks and fiber telecom lasers at 1.5 microns is a key technology for the optical clock networks. An optical frequency divider had been construced based on a Ti:sapphire optical comb which covers the frequency of most optical clocks. This project is going to coherently link the Ti:sapphire optical comb and the laser at 1.5 microns. With optical frequency referenced microwave timebase, optical comb noise suppression and high presicisely phase locking, the accuracy of the frequency conversion between the optical clocks and the 1.5 micron lasers is expected to be E-19 level, which can meet the application requirements of the world's best optical clocks. This project will make contributions to the realization and the application of the optical clock networks in China.

基于高精度原子光钟的光纤光频标网络将在精密测量物理和国家重大需求方面发挥重要的作用。由于大部分光钟的工作频率都不在光纤通讯波段（1.5微米），因此如何在光钟和1.5微米波段之间实现高精度的频率转换是必须解决的一项关键技术。已建立的基于钛宝石飞秒光梳的光学分频系统可覆盖大部分光钟频率，本项目拟通过非线性光学过程实现钛宝石光梳与1.5微米激光之间的相干连接，并基于光频自参考微波频率基准技术、光梳噪声抑制技术以及高精度光学锁相技术，实现光钟与1.5微米激光的高精度频率转换。本项目预期使光钟与1.5微米激光的频率转换精度达到E-19量级，满足目前世界上最好光钟的应用需求，为我国实现光钟光纤频标网络以及其应用做出贡献。

光钟具有E-18的频率稳定度和精度，比现今的秒定义——Cs喷泉钟还好两个数量级，它将成为下一代的秒定义。将异地光钟以高精度的频率比值相干连接起来是开展光钟在时频网络、重力势测量等方面应用的关键技术。由于大部分光钟的工作频率都不在光纤通讯波段（1.5微米），因此如何在光钟和1.5微米波段之间实现高精度的频率转换是必须解决的问题。虽然钛宝石飞秒光梳具有频率噪声低与可覆盖大部分光钟频率的优点，但不能直接覆盖1.5微米波段。本项目通过光子晶体光纤实现了钛宝石光梳与1.5微米激光之间的相干连接。并基于光频下转换微波频率基准技术、光梳噪声抑制技术以及高精度光学锁相技术，实现了光钟与1.5微米激光的高精度频率转换，频率转换精度达到E-19量级，满足目前世界上最好光钟的应用需求，可为我国实现光钟光纤频标网络以及其应用做出贡献。