高精度時基分發與飛秒激光器

高穩定性的時間信號分發對于大科學裝置（如粒子加速器等）基礎設施有非常重要的意義。未來加速器對于穩定時基的要求將會越來越高。基于自由電子激光的新一代高亮度超快X射線光源通常要求其分配到加速器和激光系統的射頻信號具備10飛秒以下的時間精度。

能夠滿足如此精度時間分發的解決方案是基于光纖傳輸線的時間分發系統。這種技術充分利用光通訊技術以及光學計量技術的優勢，可提供加速器和激光器之間飛秒量級的同步時序。傳輸系統采用鎖模激光器產生的超低噪音脈沖序列作為參考時基。來自主振蕩器的時基信號通過光纖鏈路傳遞至多個遠端的終端站，同時對傳輸延時加以穩定控制。鎖模激光或微博振蕩器與穩定的光纖鏈路末端時基信號牢固鎖定。 [1].

另外一個光纖時基分配的示例是射電望遠鏡陣列。在射電望遠鏡陣列中，多個天線必須同步以實現的望遠鏡指向、處理設備的時間同步以及觀察數據的在線處理。[2]

總之，光學時鐘分發與同步在將來會越來越重要。例如高精度導航、重力測量、相干陣列或相對論實驗等技術也應用都將依賴于通過地基光纖鏈路或衛星自由空間光鏈路實施的時間同步和比較。

Menhir Photonics 產品

Menhir Photonics 為高精度時基分配提供極低位相噪聲、高可靠度的鎖模激光器。圖1展示了250MHz重復頻率的MenHIR-1550 的典型位相噪聲。相位噪聲在10GHz載波（40階諧波）上測量。噪聲本底給出的累積時間抖動上限越為500as（阿秒）。

Fig 1.: (上) 在10GHz諧波上測量250MHz重頻的MENHIR-1550激光器的位相噪聲功率譜；（下）同一臺激光器的10MHz起累積時間抖動.

MENHIR提供200MHz - 2.5GHz 鎖模飛秒激光器。激光器可提供調節帶寬>50kHz的快速重頻精調選件，用于與其他裝置的重頻或位相鎖定。同時可提供泵浦電流的快速調制選件。

MENHIR-1550 系列采用工業級的質量和環境適應性設計，經歷嚴苛的振動、沖擊以及其他外部干擾的測試（可包括宇航相關標準的測試）。針對空間有限的應用場合，可提供定制的小尺寸版本。

[1] Xin, M., Safak, K., Peng, M. Y., Kalaydzhyan, A., Wang, W., Mücke, O. D., Kärtner, F. X., “Attosecond precision multi-kilometer laser-microwave network”, Light Sci. Appl. 6, e16187 (2017)

[2] Cliche, J.-F. & Shillue, B. “Precision timing control for radioastronomy: maintaining femtosecond synchronization in the Atacama Large Millimeter Array”, IEEE Control Syst. 26, 19–26 (2006)