Abstract

We demonstrate a fiber-based multiple-access ultrastable frequency dissemination scheme over an 83 km fiber link. As a performance test, we reproduce the disseminated 9.1 GHz radio-frequency modulation signal at an arbitrary point in the dissemination channel. Relative frequency stability of 7×1014/s and 5×1018/day is obtained. Highly synchronized frequency signals can be regenerated along the entire fiber pathway and its applications are discussed.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
    [CrossRef]
  2. J. Levine, Metrologia 45, S162 (2008).
    [CrossRef]
  3. K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
    [CrossRef]
  4. S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
    [CrossRef]
  5. P. A. Williams, W. C. Swann, and N. R. Newbury, J. Opt. Soc. Am. B 25, 1284 (2008).
    [CrossRef]
  6. O. Lopez, A. Haboucha, F. Kéfélian, H. Jiang, B. Chanteau, V. Roncin, C. Chardonnet, A. Amy-Klein, and G. Santarelli, Opt. Express 18, 16849 (2010).
    [CrossRef]
  7. M. Musha, F. L. Hong, K. Nakagawa, and K. Ueda, Opt. Express 16, 16459 (2008).
    [CrossRef]
  8. M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
    [CrossRef]
  9. B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
    [CrossRef]
  10. M. Kumagai, M. Fujieda, S. Nagano, and M. Hosokawa, Opt. Lett. 34, 2949 (2009).
    [CrossRef]
  11. M. Fujieda, M. Kumagai, and S. Nagano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 57, 168 (2010).
    [CrossRef]
  12. O. Lopez, A. Klein, M. Lours, C. Chardonnet, and G. Santarelli, Appl. Phys. B 98, 723 (2010).
    [CrossRef]
  13. G. Marra, R. Slavík, H. S. Margolis, S. N. Lea, P. Petropoulos, D. J. Richardson, and P. Gill, Opt. Lett. 36, 511 (2011).
    [CrossRef]
  14. G. Grosche, “Verfahren zum Bereitstellen einer Referenz-Frequenz,” DPMA Patent application DE 10 2008 062,139 (June24, 2010).

2012 (3)

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

2011 (2)

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

G. Marra, R. Slavík, H. S. Margolis, S. N. Lea, P. Petropoulos, D. J. Richardson, and P. Gill, Opt. Lett. 36, 511 (2011).
[CrossRef]

2010 (3)

O. Lopez, A. Haboucha, F. Kéfélian, H. Jiang, B. Chanteau, V. Roncin, C. Chardonnet, A. Amy-Klein, and G. Santarelli, Opt. Express 18, 16849 (2010).
[CrossRef]

M. Fujieda, M. Kumagai, and S. Nagano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 57, 168 (2010).
[CrossRef]

O. Lopez, A. Klein, M. Lours, C. Chardonnet, and G. Santarelli, Appl. Phys. B 98, 723 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

2008 (3)

2007 (1)

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Alnis, J.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Amy-Klein, A.

Bai, Y.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Chanteau, B.

Chardonnet, C.

Chen, W. L.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Droste, S.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Feng, Y. Y.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Foreman, S. M.

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Fox, R. W.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Fujieda, M.

M. Fujieda, M. Kumagai, and S. Nagano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 57, 168 (2010).
[CrossRef]

M. Kumagai, M. Fujieda, S. Nagano, and M. Hosokawa, Opt. Lett. 34, 2949 (2009).
[CrossRef]

Gao, C.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Gill, P.

Gray, M. B.

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

Grosche, G.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

G. Grosche, “Verfahren zum Bereitstellen einer Referenz-Frequenz,” DPMA Patent application DE 10 2008 062,139 (June24, 2010).

Haboucha, A.

Hänsch, T. W.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

He, Y.

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Hong, F. L.

Hosokawa, M.

Hsu, M.

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

Jiang, H.

Jiang, Y. Y.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Kéfélian, F.

Klein, A.

O. Lopez, A. Klein, M. Lours, C. Chardonnet, and G. Santarelli, Appl. Phys. B 98, 723 (2010).
[CrossRef]

Kumagai, M.

M. Fujieda, M. Kumagai, and S. Nagano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 57, 168 (2010).
[CrossRef]

M. Kumagai, M. Fujieda, S. Nagano, and M. Hosokawa, Opt. Lett. 34, 2949 (2009).
[CrossRef]

Lea, S. N.

Legero, Th.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Lemke, N. D.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Levine, J.

J. Levine, Metrologia 45, S162 (2008).
[CrossRef]

Li, T. C.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Lopez, O.

Lours, M.

O. Lopez, A. Klein, M. Lours, C. Chardonnet, and G. Santarelli, Appl. Phys. B 98, 723 (2010).
[CrossRef]

Ludlow, A. D.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Ma, L. S.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Margolis, H. S.

Marra, G.

Miao, J.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Miranda, M. H. G.

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Musha, M.

Nagano, S.

M. Fujieda, M. Kumagai, and S. Nagano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 57, 168 (2010).
[CrossRef]

M. Kumagai, M. Fujieda, S. Nagano, and M. Hosokawa, Opt. Lett. 34, 2949 (2009).
[CrossRef]

Nakagawa, K.

Newbury, N. R.

Oates, C. W.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Petropoulos, P.

Predehl, K.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Raupach, S. M. F.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Richardson, D. J.

Roncin, V.

Santarelli, G.

Schnatz, H.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Shaddock, D. A.

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

Sherman, J. A.

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Slavík, R.

Stalnaker, J. E.

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Swann, W. C.

Terra, O.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Udem, T.

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Ueda, K.

Wang, B.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Wang, L. J.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Warrington, R. B.

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

Williams, P. A.

Ye, J.

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Zhang, J. W.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Zhu, X.

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Appl. Phys. B (1)

O. Lopez, A. Klein, M. Lours, C. Chardonnet, and G. Santarelli, Appl. Phys. B 98, 723 (2010).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

M. Hsu, Y. He, D. A. Shaddock, R. B. Warrington, and M. B. Gray, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 1015 (2012).
[CrossRef]

IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control (1)

M. Fujieda, M. Kumagai, and S. Nagano, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 57, 168 (2010).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Metrologia (1)

J. Levine, Metrologia 45, S162 (2008).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

Y. Y. Jiang, A. D. Ludlow, N. D. Lemke, R. W. Fox, J. A. Sherman, L. S. Ma, and C. W. Oates, Nat. Photonics 5, 158 (2011).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (1)

S. M. Foreman, A. D. Ludlow, M. H. G. Miranda, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 99, 153601 (2007).
[CrossRef]

Sci. Rep. (1)

B. Wang, C. Gao, W. L. Chen, J. Miao, X. Zhu, Y. Bai, J. W. Zhang, Y. Y. Feng, T. C. Li, and L. J. Wang, Sci. Rep. 2, 556 (2012).
[CrossRef]

Science (1)

K. Predehl, G. Grosche, S. M. F. Raupach, S. Droste, O. Terra, J. Alnis, Th. Legero, T. W. Hänsch, T. Udem, R. Holzwarth, and H. Schnatz, Science 336, 441 (2012).
[CrossRef]

Other (1)

G. Grosche, “Verfahren zum Bereitstellen einer Referenz-Frequenz,” DPMA Patent application DE 10 2008 062,139 (June24, 2010).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Simplified schematic of the fiber-based rf dissemination system. (b) Schematic diagram of the multiple-access rf dissemination system.

Fig. 2.
Fig. 2.

Measured relative frequency stability of the received 9.1 GHz signal at THU-Remote site when (a) the 83 km fiber link is running freely and (b) the phase noise is actively compensated.

Fig. 3.
Fig. 3.

Measured relative frequency stability of the reproduced frequency signal at an arbitrary accessing node of the fiber link. (a) Forward signal, (b) backward signal, and (c) signal obtained using the multiple-access rf dissemination method.

Equations (5)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

ϕ 0 = ϕ r ϕ p .
V a = cos ( ω t + ϕ 0 + ϕ p ϕ b ) = cos ( ω t + ϕ r ϕ b ) ,
V b = cos ( ω t + ϕ 0 + ϕ p + ϕ b ) = cos ( ω t + ϕ r + ϕ b ) .
V 2 = cos ( 2 ω t + 2 ϕ r )
V 3 = cos ( ω t + ϕ r ) .

Metrics