JP5425870B2 - 遠隔クロックの同期 - Google Patents
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Description
別の実施形態によれば、クロックは、基準発振器と、該基準発振器により安定化されたローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスを発生させるように構成されたフェムト秒レーザーと、を含む。上記クロックは、さらに、上記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスの経路にあって、上記フェムト秒レーザーパルスシーケンスの一部分を同期システムに導くように構成されたビームスプリッタを含む。上記同期システムは、上記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンス及び遠隔クロックに関連付けられた遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスを干渉計法による分析により、当該クロックを上記遠隔クロックに光学的に同期させるように構成される。上記干渉計法による分析は、上記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスのローカルパルス幅及び上記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスの遠隔パルス幅の分数である時間的な分解能を用いて、当該クロックと上記遠隔クロックとの間における時間オフセットを計算するように構成される。
次に、遠隔パルスRのスペクトルが次の式により定義される。
= TA-TB+DABであり、これが、測定されてt0という精度/分解能となる。したがって、スレーブクロック100Bにおける測定はTmeas(B) = TB-TA+DBAである。スレーブクロック100Bをマスタークロック100Aに同期させるために、マスター/スレーブプロトコルに従って、Tmeas(A)及びTmeas(B)がマスタークロック100A及びスレーブクロック100Bのうちのいずれか又は両方に伝送されるであろう。スレーブクロック100Bをマスタークロック100Aに進めるための時間遅延は、次の式により計算することができる。
[1]ローカルクロックと遠隔クロックとを同期させるシステムであって、
前記ローカルクロックに関連付けられ、該ローカルクロックに既知である、パルス繰返し周波数と遠隔パルス幅を含むスペクトル特性とを有する遠隔パルスシーケンスを前記遠隔クロックから受信するように構成された、受信器と、
前記ローカルクロックにおいてローカルパルス幅を有するローカルパルスシーケンスを生成するように構成されたローカルパルス発生器と、
前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスを空間的に配向するように構成された光学要素と、
空間的に配向された前記ローカルパルスシーケンスと遠隔パルスシーケンスとの間に干渉パターンを生成するように構成された干渉計と、
前記干渉パターンを解釈して第1のクロックと第2のクロックとの間における時間オフセットを計算し、かつ、該時間オフセットを前記第1のクロック及び前記第2のクロックのうちのスレーブクロックに適用して、該スレーブクロックを前記第1のクロック及び前記第2のクロックのうちのマスタークロックに一致するように同期させる、ように構成されたプロセッサと、
を具備し、
前記時間オフセットの時間的な分解能が、前記ローカルパルス幅及び前記遠隔パルス幅の分数である、
ことを特徴とするシステム。
[2]前記ローカルパルスシーケンスの繰返し周波数により振動をカウントするように構成された時間インターバルカウンタをさらに具備する、前記[1]に記載のシステム。
[3]前記干渉計が、1次ミラー、2次ミラー及び3次ミラーを反射性トリプレット構成により含む、スペクトル干渉計である、前記[1]に記載のシステム。
[4]前記スペクトル干渉計が、さらに回折格子を含み、
前記反射性トリプレット構成が、2重通過構成により配向され、干渉スペクトルを検出器にフォーカスする、前記[3]に記載のシステム。
[5]前記光学要素に関連付けられ、前記ローカルパルスシーケンスの一部分及び前記遠隔パルスシーケンスの一部分を観測することにより、前記光学要素による前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスの配向を決定するように構成された配向アレイをさらに具備する、前記[1]に記載のシステム。
[6]前記光学要素が、前記遠隔パルスシーケンスを前記ローカルパルスシーケンスに配向するよう前記遠隔パルスシーケンスを調整するように構成された安定化ミラーを含む、前記[5]に記載のシステム。
[7]前記光学要素が、さらに、前記遠隔パルスシーケンス及び前記ローカルパルスシーケンスをスペクトル的に配向するように構成される、前記[5]に記載のシステム。
[8]前記コントローラがフーリエ変換を用いて前記時間オフセットを計算するように構成された、前記[1]に記載のシステム。
[9]第1のクロックと第2のクロックとを同期させる方法であって、
前記第1のクロックにおいて、前記第2のクロックから、該第1のクロックに既知である、パルス繰返し周波数と遠隔パルス幅を含むスペクトル特性とを有する遠隔パルスシーケンスを受信するステップと、
前記第1のクロックにおいて、ローカルパルス幅を有するローカルパルスシーケンスを発生させるステップと、
前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスを空間的に配向するステップと、
前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとの間において発生した干渉パターンを測定するステップと、
前記ローカルパルスと前記遠隔パルスとの間における前記干渉パターンに基づいて前記第1のクロックと前記第2のクロックとの間における時間オフセットを計算するステップと、
前記第1のクロック及び前記第2のクロックのうちのスレーブクロックの時間を前記時間オフセットにより調節して、前記スレーブクロックを前記第1のクロック及び前記第2のクロックのうちのマスタークロックに同期させるステップと、
を含み、
前記時間オフセットの時間的な分解能が前記ローカルパルス幅及び前記遠隔パルス幅の分数である、
ことを特徴とする方法。
[10]前記干渉パターンを測定するステップが、スペクトル干渉計を用いてスペクトル干渉パターンを測定することを含む、前記[9]に記載の方法。
[11]前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスを空間的に配向するステップが、前記遠隔パルス及び前記ローカルパルスをスペクトル的にかつ空間的に配向することを含む、前記[9]に記載の方法。
[12]前記第1のクロックがマスターであり、前記第2のクロックがスレーブであり、これにより、前記第1のクロック及び前記第2のクロックのうちのスレーブクロックの時間を前記時間オフセットにより調節することが、
前記第1のクロックから前記第2のクロックに前記時間オフセットを送信するステップと、
前記時間オフセットにより前記第2のクロックの時間を調節するステップと、
を含む、前記[9]に記載の方法。
[13]前記第1のクロックと前記第2のクロックとの間における時間オフセットを計算するステップが、前記干渉パターンのフーリエ分析を実行することを含む、前記[9]に記載の方法。
[14]時間オフセットを計算するステップが、さらに、時間インターバルカウンタ及び可変遅延ラインのうちの少なくとも一方によりなされた測定値に基づくものである、前記[9]に記載の方法。
[15]基準発振器と、
該基準発振器により安定化されたローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスを発生させるように構成されたフェムト秒レーザーと、
前記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスの経路にあって、該ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスの一部分を同期システムに導くように構成されたビームスプリッタと、
を具備するクロックであって、
前記同期システムが、前記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンス及び遠隔クロックに関連付けられた遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスを干渉計法による分析により、当該クロックを前記遠隔クロックに光学的に同期させるように構成され、
前記干渉計法による分析が、前記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスのローカルパルス幅及び前記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスの遠隔パルス幅の分数である時間的な分解能を用いて、当該クロックと前記遠隔クロックとの間における時間オフセットを計算するように構成される、
ことを特徴とするクロック。
[16]前記基準発振器が、セシウム、カルシウム、マグネシウム、水銀、ルビジウム、アルミニウム、ストロンチウム、又は、イッテルビウムの原子遷移により安定化された光学基準発振器である、前記[15]に記載のクロック。
[17]前記時間オフセットが、時間インターバルカウンタ及び可変遅延ラインのうちの少なくとも一方によりなされた測定値を利用して計算される、前記[15]に記載のクロック。
[18]前記同期システムが、
当該クロックに関連付けられ、前記遠隔クロックから、パルス繰返し周波数と前記遠隔パルス幅を含むスペクトル特性とを有する前記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスのうちの幾つかを受信するように構成された、受信器と、
前記ビームスプリッタからの前記フェムト秒レーザーパルスシーケンスの前記一部分及び前記受信器により受信された前記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスを空間的に配向するように構成された光学要素と、
前記フェムト秒レーザーと前記遠隔フェムト秒レーザーとの間に干渉パターンを生成するように構成された干渉計と、
前記干渉計法による分析を実行して前記時間オフセットを計算するように構成されたコントローラと、
を具備する前記[15]に記載のクロック。
[19]前記コントローラが、さらに、時間インターバルカウンタ及び可変遅延ラインのうちの少なくとも一方によりなされた測定値を用いて前記時間オフセットを計算するように構成されている、前記[18]に記載のクロック。
Claims (19)
- ローカルクロックによるローカルパルスシーケンスと遠隔クロックによる遠隔パルスシーケンスとを同期させるシステムであって、
前記ローカルクロックに関連付けられ、該ローカルクロックに既知である、パルス繰返し周波数と遠隔パルス幅を含むスペクトル特性とを有する遠隔パルスシーケンスを前記遠隔クロックから受信するように構成された、受信器と、
前記ローカルクロックにおいてローカルパルス幅を有するローカルパルスシーケンスを生成するように構成されたローカルパルス発生器と、
前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとが空間的にお互いにそろうように粗く位置合わせされるように構成された光学要素と、
空間的にお互いにそろうように粗く位置合わせされた前記ローカルパルスシーケンスと遠隔パルスシーケンスとの間で干渉パターンを生成するように構成された干渉計と、
前記干渉パターンを解釈してローカルパルスシーケンスと遠隔パルスシーケンスとの間における時間オフセットを計算し、かつ、該時間オフセットを前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスのうちの一方であるスレーブパルスシーケンスに適用して、該スレーブパルスシーケンスを前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスのうちの他方であるマスターパルスシーケンスに一致するように同期させる、ように構成されたプロセッサと、
を具備し、
前記時間オフセットの時間的な分解能が、前記ローカルパルス幅あるいは前記遠隔パルス幅の分解能をあらわす分数値である、
ことを特徴とするシステム。 - 前記ローカルパルスシーケンスの繰返し周波数により振動をカウントするように構成された時間インターバルカウンタをさらに具備する、請求項1に記載のシステム。
- 前記干渉計が、1次ミラー、2次ミラー及び3次ミラーを反射性トリプレット構成により含む、スペクトル干渉計である、請求項1に記載のシステム。
- 前記スペクトル干渉計が、さらに回折格子を含み、
前記反射性トリプレット構成が、2重通過構成により位置合わせされ、干渉スペクトルを検出器にフォーカスする、請求項3に記載のシステム。 - 前記光学要素に関連付けられ、前記ローカルパルスシーケンスの一部分及び前記遠隔パルスシーケンスの一部分を観測することにより、前記光学要素による前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスの光学的位置合わせをするように構成された位置合わせアレイをさらに具備する、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学要素が、前記遠隔パルスシーケンスと前記ローカルパルスシーケンスとを空間的にお互いにそろうように粗く位置合わせするために、前記遠隔パルスシーケンスを調整するように構成された安定化ミラーを含む、請求項5に記載のシステム。
- 前記光学要素が、さらに、前記遠隔パルスシーケンスと前記ローカルパルスシーケンスとがスペクトル成分もそろうように高精度で位置合わせされるように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサがフーリエ変換を用いて前記時間オフセットを計算するように構成された、請求項1に記載のシステム。
- 第1のクロックによるローカルパルスシーケンスと第2のクロックによる遠隔パルスシーケンスとを同期させる方法であって、
前記第1のクロックにおいて、前記第2のクロックから、該第1のクロックに既知である、パルス繰返し周波数と遠隔パルス幅を含むスペクトル特性とを有する遠隔パルスシーケンスを受信するステップと、
前記第1のクロックにおいて、ローカルパルス幅を有するローカルパルスシーケンスを発生させるステップと、
前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとが空間的にお互いにそろうように粗く位置合わせされるステップと、
記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとの間において発生した干渉パターンを測定するステップと、
前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとの間における前記干渉パターンに基づいて前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとの間における時間オフセットを計算するステップと、
前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスのうちの一方であるスレーブパルスシーケンスの時間を前記時間オフセットにより調節して、前記スレーブパルスシーケンスを前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスのうちの他方であるマスターパルスシーケンスに同期させるステップと、
を含み、
前記時間オフセットの時間的な分解能が前記ローカルパルス幅あるいは前記遠隔パルス幅の分解能をあらわす分数値である、
ことを特徴とする方法。 - 前記干渉パターンを測定するステップが、スペクトル干渉計を用いてスペクトル干渉パターンを測定することを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとが空間的にお互いにそろうように粗く位置合わせされるステップが、前記遠隔パルスシーケンス及び前記ローカルパルスシーケンスをスペクトル成分もそろうように高精度で位置合わせするステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記ローカルパルスシーケンスがマスターパルスシーケンスであり、前記遠隔パルスシーケンスがスレーブパルスシーケンスであり、これにより、前記ローカルパルスシーケンス及び前記遠隔パルスシーケンスのうちのスレーブパルスシーケンスの時間を前記時間オフセットにより調節することが、
前記ローカルパルスシーケンスから前記遠隔パルスシーケンスに前記時間オフセットを送信するステップと、
前記時間オフセットにより前記遠隔パルスシーケンスの時間を調節するステップと、
含む、請求項9に記載の方法。 - 前記ローカルパルスシーケンスと前記遠隔パルスシーケンスとの間における時間オフセットを計算するステップが、前記干渉パターンのフーリエ分析を実行することを含む、請求項9に記載の方法。
- 時間オフセットを計算するステップが、さらに、時間インターバルカウンタ及び可変遅延ラインのうちの少なくとも一方によりなされた測定値に基づくものである、請求項9に記載の方法。
- 基準発振器と、
該基準発振器により安定化されたローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスを発生させるように構成されたフェムト秒レーザーと、
前記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスの経路にあって、該ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスの一部分を同期システムに導くように構成されたビームスプリッタと、
を具備するクロックであって、
前記同期システムが、前記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンス及び遠隔クロックに関連付けられた遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスを干渉計法による分析により、当該クロックによるパルスシーケンスを前記遠隔クロックによるパルスシーケンスに光学的に同期させるように構成され、
前記干渉計法による分析が、前記ローカルフェムト秒レーザーパルスシーケンスのローカルパルス幅あるいは前記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスの遠隔パルス幅の分解能をあらわす分数値である時間的な分解能を用いて、当該クロックによるパルスシーケンスと前記遠隔クロックによるパルスシーケンスとの間における時間オフセットを計算するように構成される、
ことを特徴とするクロック。 - 前記基準発振器が、セシウム、カルシウム、マグネシウム、水銀、ルビジウム、アルミニウム、ストロンチウム、又は、イッテルビウムの原子遷移により安定化された光学基準発振器である、請求項15に記載のクロック。
- 前記時間オフセットが、時間インターバルカウンタ及び可変遅延ラインのうちの少なくとも一方によりなされた測定値を利用して計算される、請求項15に記載のクロック。
- 前記同期システムが、
当該クロックに関連付けられ、前記遠隔クロックから、該クロックに既知である、パルス繰返し周波数と前記遠隔パルス幅を含むスペクトル特性とを有する前記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスのうちの幾つかを受信するように構成された、受信器と、
前記ビームスプリッタからの前記フェムト秒レーザーパルスシーケンスの前記一部分と前記受信器により受信された前記遠隔フェムト秒レーザーパルスシーケンスとが空間的にお互いにそろうように粗く位置合わせされるように構成された光学要素と、
前記フェムト秒レーザーと前記遠隔フェムト秒レーザーとの間で干渉パターンを生成するように構成された干渉計と、
前記干渉計法による分析を実行して前記時間オフセットを計算するように構成されたコントローラと、
を具備する請求項15に記載のクロック。 - 前記コントローラが、さらに、時間インターバルカウンタ及び可変遅延ラインのうちの少なくとも一方によりなされた測定値を用いて前記時間オフセットを計算するように構成されている、請求項18に記載のクロック。
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