用于稳定红外激光光线以获得精确参考频率的光学组件特写。学分:METAS许多科学实验需要借助明确定义的频率进行高度精确的时间测量。现在，一种新的方法允许直接比较实验室的频率测量和瑞士伯尔尼的原子钟。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，使他们能够校准设备进行的时间测量。这样的实验包括光谱学研究——实时检测分子间的化学反应——和自然常数的物理研究。
准确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。在瑞士国家科学基金会Sinergia项目资助的一个联合项目中，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“计量单位守护者”——以及运营瑞士学术数据网络的SWITCH基金会的研究人员证明，这种精确的参考信号可以通过传统的电信基础设施发送。
“初步结果表明，这使得化学光谱学分析比以前精确100倍，”巴塞尔大学物理化学教授、该项目的协调人斯特凡·威利奇报告说。苏黎世联邦理工学院物理化学教授弗雷德里克·梅尔克特补充说:“如此精确，自然法则通过对分子的光谱测量得到了前所未有的验证。
连续校正
具体来说，该项目建立了一个试验网络，将伯尔尼附近的Wabern near站点与巴塞尔大学和苏黎世联邦理工学院连接起来。一个巧妙的过程将输出信号与METAS原子钟同步。该信号通过SWITCH运营的光纤网络传输到巴塞尔和苏黎世，在那里研究人员可以用它来校准他们的测量设备。SWITCH为瑞士大学管理信息技术网络基础设施。
“为了确保信号以所需的精度水平到达研究人员手中，传输必须不断调整。METAS光子学、时间和频率实验室的负责人雅克·莫雷尔解释说:“即使是由振动或温度变化引起的光缆长度的微小变化也会影响频率。因此，信号从巴塞尔和苏黎世反弹回伯尔尼，在那里输出信号根据需要进行校正。
张秀坤·胡斯曼根据红外激光调整用于产生精确参考频率的光学设置。高质量，低成本
“在瑞士，我们现在才开始建立这种网络，”苏黎世联邦理工学院量子电子研究所教授杰罗姆·费斯特说，他将自己在激光技术方面的专业知识贡献给了这个项目。"意大利、德国和法国等其他国家在这方面已经领先一步。"
到目前为止，在这些国家，参考频率以两种方式之一传输——每种方式都有其特定的缺点。要么通过专用电缆发送信号，这产生了最佳的物理结果，但价格昂贵，要么通过电信提供商现有的基础设施传输信号。虽然这种方法便宜得多，但在技术上却很差，因为用于测量时间的参考信号是在C波段内传输的，换句话说，是以与数据业务类似的基频传输的。这不仅会使参考信号容易受到其余数据流量的潜在干扰，还会阻塞通常用于数据传输的信道，进而使操作变得复杂。
“我们现在已经开发了第三种选择，”SWITCH的项目经理Fabian Mauchle解释说:“出于成本的原因，我们使用现有的Switch网络。但是，我们没有在物理上最佳的C频段内传输参考信号——这在很大程度上被数据流量占用——而是使用了L频段，该频段仍大部分未被压缩，并且具有不同的基频。”现在的结果表明，L波段也是一个可行的选择，可以传输高质量的参考信号，而不会受到数据流量的干扰。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EPFL日内瓦的欧洲核子研究中心或纳沙泰尔大学。也有计划将网络提升到国际水平。目标是建立一个能够比较不同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，将秒定义为国际单位制。为了确保全球一致的时间测量，原子钟目前与千兆赫范围内的卫星信号进行比较。使用太赫范围内的光信号同步原子钟将允许测量第二个多达18个小数位，而不是以前实现的“仅仅”16个小数位。但是唯一可行的方法是用来比较这些光学时钟的信号通过光纤以光的形式传输。
对其他学科有意思
Faist还指出，不仅仅是化学家和物理学家能够从新网络中受益。它也能为地球科学家提供新的见解。地球科学家的实验可能不需要非常精确的时间信号，但由于即使是最小的干扰也会影响信号频率，他们可以使用这种方法来检测地下振动，这种振动对于今天的测量设备来说太细微了，无法记录。
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