High-performance optical clock derived various applications such as optical clock comparison and distribution via satellite, coherent optical communication, LIDAR and geodesy. All of the applications require the frequency transfer through fiber or free space over a long distance without any performance degradation. However, lots of noise sources induce Doppler shift on transmitted signal which cause phase perturbation and frequency instability at remote site. Therefore, phase noise cancellation system is required. The optical comb is a laser source composed of large number of quasi-monochromatic optical modes equally spaced in frequency domain. One of the most fascinating aspects of the frequency comb is its intrinsic ultralow noise. It efficiently detects and cancels Doppler shift occurred during frequency transfer. Also, long coherence length of each optical mode enables long-haul frequency transfer. In this study, optical frequencies based on optical frequency comb are transferred through free space without any signal degradation. Compare to fiber network, free space optical frequency transfer is applicable in frequency transfer via satellite, intercontinental frequency transfer. Moreover, by adopting phase noise cancellation technique, RF transfer and coherent optical communications is performed. The results show that the phase noise in free space is successfully compensated by the phase noise cancellation technique and the Allan deviation of transferred frequency showed $10^{-15}$ at 0.1 s which is far below the stability of existing optical clocks.
고성능 광시계의 발전은 시간/주파수 분배 및 동기화, 가간섭 광통신, 라이다와 측지학 등 여러 산업 및 과학기술 분야에 영향을 미쳤다. 위 응용 분야의 경우 광섬유 망 또는 대기를 통해 광주파수를 성능 저하 없이 전송 해야 하지만, 전송 과정 중 여러 외란으로 인해 광주파수는 위상 변화에 따른 도플러 천이를 겪게 된다. 이는 곧 전송된 광주파수의 안정도 및 정확도에 영향을 미치기 때문에 외란을 측정/보상할 수 있는 시스템을 필요로 한다. 외란을 보상하기 위해서는 안정된 광주파수를 필요로 하는데, 광빗은 수 만개의 단색광 광원이 일정하게 분포해 있는 광원으로서 매우 낮은 위상 잡음을 갖는다. 또한 좁은 선폭에 따른 가간섭 거리가 길어 장거리 광주파수 전송이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 광빗 기반 광주파수를 생성하고 이를 바탕으로 대기 중 광주파수 전송을 수행하였다. 대기 중 전송은 광섬유 망에 비해 거리 유연성이 높으며, 지상-인공위성 간 링크, 대륙간 링크와 같이 광섬유 망 자체를 매설할 수 없는 응용 분야에도 적용 가능하다는 장점이 있다. 또한 광주파수 전송 기술을 바탕으로 마이크로파 주파수 전송, 가간섭 광통신을 수행하였다. 실험 결과 18 km 대기 중 전송된 광주파수는 $10^{-15}$ (0.1 초) 의 알란편차를 획득하였으며, 이를 통해 본 시스템이 성공적으로 대기 외란을 측정/보상할 수 있음을 확인하였다.
