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【欧亿测速注册】高精度参考频率信号现在可以通过常规电信网络发送

许多科学实验需要在明确定义的频率帮助下进行高度精确的时间测量。现在,一种新的方法可以将实验室中的频率测量与瑞士伯尔尼的原子钟直接比较。

对于许多科学实验,今天的研究人员需要一个精确的参考频率,使他们能够校准他们的设备进行的时间测量。这类实验包括光谱学调查–实时检查分子之间的化学反应,以及对自然常数的物理研究。

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获得这种高度精确的参考频率可能很快成为瑞士研究机构的标准。在一个由瑞士国家科学基金会Sinergia项目资助的联合项目中,苏黎世联邦理工学院、巴塞尔大学、瑞士联邦计量研究所(METAS)–瑞士的 “测量单位的守护者”–以及SWITCH基金会(负责运营瑞士的学术数据网络)的研究人员已经证明,这样一个精确的参考信号可以通过传统的电信基础设施发送。

巴塞尔大学物理化学教授、该项目的协调人Stefan Willitsch报告说:”初步结果显示,这使得化学光谱分析比以前精确100倍”。”苏黎世联邦理工学院物理化学教授Frédéric Merkt补充道,有了这样的精度,自然规律就可以通过对分子的光谱测量得到验证,其精确度是前所未有的。

持续矫正

具体而言,该项目建立了一个试验网络,将伯尔尼附近瓦本的METAS站点与巴塞尔大学和苏黎世联邦理工学院连接起来。一个巧妙的过程使输出信号与METAS的原子钟同步。这个信号通过SWITCH(为瑞士大学管理IT网络基础设施)运营的光纤网络传输到巴塞尔和苏黎世,研究人员可以用它来校准他们的测量设备。

METAS的光子学、时间和频率实验室负责人Jacques Morel解释,为了确保信号以理想的精度到达研究人员手中,传输必须不断调整。即使是振动或温度变化引起的光纤电缆长度的最微小变化也会影响频率,因此,信号会从巴塞尔和苏黎世反弹到伯尔尼,在那里,输出信号会根据需要进行校正。

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多米尼克-胡斯曼(Dominik Husmann)调整用于生成基于红外激光的精确参考频率的光学装置。资料来源:METAS

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苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所教授Jérôme Faist说:”在瑞士,我们现在才开始建立这种网络,他为这个项目贡献了他在激光技术方面的专业知识。其他国家如意大利、德国和法国已经在这个领域领先一步。”

在这些国家,到目前为止,参考频率是以两种方式之一进行传输的–每种方式都有其特定的缺点。要么信号通过专用电缆发送,产生最佳的物理效果,但价格昂贵;要么信号通过电信运营商的现有基础设施传输。虽然这要便宜得多,但在技术上是低劣的,因为测量时间的参考信号是在C波段内传输的,换句话说,是在与数据流量相似的基础频率上传输的。这不仅使参考信号有可能受到其他数据流量的干扰,而且还阻塞了通常用于数据传输的通道,这反过来又使操作变得复杂。

我们现在开发了第三种选择,””由于成本的原因,我们使用现有的SWITCH网络。但我们不在物理上最理想的C波段内传输参考信号–该波段大部分被数据流量占用–而是使用L波段,该波段大部分时间不拥挤,并且有不同的基频。 现在的结果表明,L波段也是一个可行的选择,可以在不遇到数据流量干扰的情况下以优异的质量传输参考信号。然而,这确实需要SWITCH对其网络基础设施进行某些修改。

国际网络

下一步将进一步扩大网络,以包括其他瑞士机构,如日内瓦的CERN、EPFL或纳沙泰尔大学。此外,还计划将该网络推向国际水平。其目标是建立一个能够比较各种原子钟信号的跨国网络。

这将为更精确的时间测量铺平道路,以便将秒定义为SI单位。为了确保全球一致的时间测量,目前原子钟是与千兆赫兹范围内的卫星信号进行比较。使用太赫兹范围内的光信号对原子钟进行同步,将允许对秒的测量达到小数点后18位,而不是之前实现的 “仅仅 “16位小数。但这唯一的方法是,用于比较这些光钟的信号要通过光纤以光的形式传输才行。

对其他学科有意义

Faist还指出,不仅仅是化学家和物理学家可以从新网络中受益。它也可以为地球科学家提供新的见解。地质科学家可能不需要高度精确的时间信号来进行实验,但由于即使是最微小的破坏也会影响信号频率,他们可以使用这种方法来检测地下振动,这些振动对于今天的测量设备来说太微妙了,无法记录。

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