Ultrahigh-precision atmospheric optical pulse train (optical frequency comb) time / timing / frequency transfer is indispensable for many important precision scientific and engineering applications such as aero-space networks and satellite laser ranging. We characterize excess timing noise of the time-of-flight (TOF) in indoor 76.2 m long atmospheric optical pulse train transfer using a balanced optical cross-correlator (BOC). We analyze the timing jitter and drift power spectral density over 10 decades of Fourier frequency range (10 uHz ~ 100 kHz) with 84-as resolution (in 100 kHz bandwidth) and identify the dominating origins (Atmospheric turbulence, thermal expansion, etc.) according to different time scales. Moreover, we demonstrate that the timing stabilization method can suppress excess timing drift (>200 fs, rms) to 2.6 fs (rms) maintained over 130 hours based on the BOCs. The demonstrated stabilization result corresponds to $4\times10^{-20}$ of frequency instability estimated by overlapping Allan deviation at 117,000s averaging time. Furthermore, we demonstrate that the beam stabilization method based on the fast steering mirror system can suppress beam pointing fluctuations a factor of ~3 in indoor ~183 m long atmospheric transfer.
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.
