Zeitsynchronisationssysteme mit Sub-Femtosekunden-Präzision

Ming Xin, Kemal Şafak, Michael Y. Peng, Patricia T. Callahan, Aram Kalaydzhyan, Wenting Wang, Katia Shtyrkova, Qing Zhang, Shih-Hsuan Chia, Briana Jones, Todd Hawthorne, Philip Battle, Oliver D. Mücke, Tony Roberts, Franz X. Kärtner

Abstrakt

Wir präsentieren ein Zeitsynchronisationssystem, das optische und Mikrowellensignale über Kilometer hinweg mit Attosekundenpräzision synchronisieren kann. Mit dieser Technik können Photonenforschungsanlagen der nächsten Generation, wie z. B. Röntgen-Freie-Elektronen-Laser und intensive Laserstrahlführungen, ultraschnelle Dynamiken in Atomen, Molekülen und kondensierter Materie im Attosekundenbereich beobachten. Wir erörtern Schlüsseltechnologien wie die Charakterisierung des Master-Laser-Jitters, die lokale Einfarben-Lasersynchronisation und die Fernsynchronisation zweier Farben und analysieren die Beiträge des technischen Rauschens im System. Ein 4,7 km langes Laser-Mikrowellen-Netzwerk mit einem Zeitjitter von 950 Attosekunden wurde über mehrere Stunden im Dauerbetrieb realisiert. Abschließend wird ein integrierter, symmetrischer optischer Kreuzkorrelator vorgestellt. Bei gleicher Eingangsleistung wird die benötigte Betriebsleistung für jede Zeitverbindung deutlich reduziert.