100m 수준의 대기 중 광 펄스 열 전송 초과 타이밍 잡음 분석과 타이밍 안정화

Abstract

초정밀 대기 중 광 펄스 열 (광 주파수 빗) 시간 / 타이밍 / 주파수 전송은 항공우주 네트워크와 위성 레이저 레인징 같은 다수의 중요한 정밀 과학기술적 응용에 필수적이다. 본 연구는 균형 광 상호상관기를 이용하여 실내 76.2 m 대기 중 광 펄스 열 전송에서 비행시간의 초과 타이밍 잡음의 특성을 묘사하였다. 본 연구는 84 아토초 분해능(100 kHz 대역폭)으로 10 구간의 푸리에 주파수 영역(10 uHz ~ 100 kHz)에 걸쳐서 타이밍 지터와 드리프트의 파워 스펙트럼 밀도를 분석하였으며, 각각 다른 시간 스케일에 따라서 주된 원인들(대기 난류, 열 팽창 등)을 규명하였다. 더 나아가, 본 연구는 균형 광 상호상관기를 기반으로 한 타이밍 안정화 방법이 제곱평균 값으로 200 펨토초 이상의 초과 타이밍 드리프트를 130 시간 동안 유지하면서 2.6 펨토초로 억제할 수 있음을 확인하였다. 확인된 안정화 결과는 중복된 알란 편차를 통해 추정된 주파수 불확실도에서 평균시간 117,000 초에 $4\times10^{-20}$ 와 일치한다. 더욱이, 고속 조향 거울 시스템을 기반으로 한 빔 안정화 방법이 ~183 m 의 긴 대기 전송에서 빔 포인팅 변동을 1/3 가량 억제할 수 있음을 확인하였다.