科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

來自美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院等機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)在新一期《光學(xué)》期刊發(fā)表研究稱，他們首次證明在數(shù)十公里的實(shí)際部署多芯光纖中，超穩(wěn)定光學(xué)原子鐘（以下簡(jiǎn)稱“光鐘”）信號(hào)可以與電信數(shù)據(jù)同時(shí)兼容傳輸。這表明新興的高容量光纖網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸海量數(shù)據(jù)，還有望精準(zhǔn)同步世界各地的原子鐘，為基礎(chǔ)科學(xué)、精密測(cè)量乃至全球時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)打開新大門。

研究團(tuán)隊(duì)在意大利拉奎拉部署的多芯光纖中，開展了為期3小時(shí)的實(shí)地測(cè)試。在同時(shí)傳輸模擬電信數(shù)據(jù)的條件下，光學(xué)信號(hào)的頻率不穩(wěn)定度達(dá)到目前最先進(jìn)光鐘所需的精度標(biāo)準(zhǔn)。

隨著全球數(shù)據(jù)需求持續(xù)飆升，支持更高容量的多芯光纖正步入商用部署。這種光纖在單根光纖中包含多個(gè)導(dǎo)光芯，大幅提升了用于流媒體傳輸、金融和人工智能等應(yīng)用的通信容量。本次研究首次驗(yàn)證，這種結(jié)構(gòu)也適用于極其嚴(yán)苛的光鐘信號(hào)傳輸。

如今最先進(jìn)的光鐘精度已達(dá)小數(shù)點(diǎn)后18位。這意味著，鐘表每運(yùn)行10億年，理論上誤差也不會(huì)超過一秒。然而，在傳輸過程中要保持如此精度非常困難，因?yàn)楣饫w本身對(duì)溫度變化、機(jī)械應(yīng)力等環(huán)境擾動(dòng)極為敏感。

團(tuán)隊(duì)此次創(chuàng)新性地利用多芯光纖“多通道”的結(jié)構(gòu)，將出站光信號(hào)從一個(gè)芯線發(fā)出，回程信號(hào)走另一個(gè)芯線。這些芯線受環(huán)境擾動(dòng)幾乎一致，相當(dāng)于走了“同一路徑”，卻避免了傳統(tǒng)雙向傳輸中易出現(xiàn)的反射干擾，還可使用已有的噪聲修正技術(shù)，且不影響正常數(shù)據(jù)通信。

實(shí)驗(yàn)顯示，約25公里長(zhǎng)的多芯光纖帶來的頻率噪聲與理論模型及單芯光纖測(cè)試結(jié)果一致，表明使用多芯光纖不會(huì)降低信號(hào)性能。同時(shí)，光纖引入的長(zhǎng)期不穩(wěn)定性足夠低，完全可以滿足最先進(jìn)光鐘的傳輸需求。

目前實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的不穩(wěn)定性主要受限于實(shí)驗(yàn)室使用的短光纖路徑，而不是多芯光纖本身。這意味著如果優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，性能有望進(jìn)一步提升。