Transfert de temps longue distance par fibre optique et inter-comparaison avec les méthodes satellitaires

par Namneet Kaur

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Philip Tuckey et de Paul-Éric Pottie.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec SYRTE - SYstèmes de de Référence Temps-Espace (laboratoire) et de Observatoire de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 20-01-2015 .


  • Résumé

    Transfert de temps longue distance par fibre optique et inter-comparaison avec les méthodes satellitaires Le transfert temps fréquence est utilisé pour la comparaison et la synchronisation d'horloges atomiques et pour la dissémination de références précises à des laboratoires de métrologie ou de recherche, à l'industrie et à beaucoup d'autres utilisateurs. Or, la stabilité des méthodes dominantes actuelles de transfert de temps, à base de satellites GNSS et de télécommunications, est insuffisante par rapport aux performances des meilleures horloges atomiques ultra-stables aujourd'hui. Cela a conduit au développement intensif des méthodes exploitant des fibres optiques, qui ont démontrée d'excellentes performances pour le transfert de fréquence sur des distances jusqu'à 1000 km. La présente thèse sera consacrée à l'étude du transfert de temps sur des liens fibrés, dans un objectif de compatibilité avec les liens longue distance des réseaux de télécommunications existants, afin de permettre la distribution des références de temps sur les échelles nationales et continentales avec une exactitude dans la gamme des 10aines de ns. Ce travail se basera sur le protocole « White Rabbit », développé par le CERN pour application à des réseaux de dimension d'une 10aine de km. Le programme de travail de thèse est : • mesures précises en laboratoire des performances de ce protocole • exploration d'approches possibles pour son extension à des liens longue distance • étude et amélioration des limitations techniques de l'instrumentation • étude des limitations fondamentales du protocole • implémentation de liens de longueur de 10aines à 100aines de km pour tester la méthode et démontrer ses performances • comparaison des performances du lien fibré long distance avec les méthodes à base de satellites Le travail instrumental impliquera des systèmes intégrés optique et électronique analogique et numérique. Les aspects théoriques porteront notamment sur la propagation de signaux dans des fibres optiques. Le traitement des données mettra en œuvre les outils statistiques habituels de la métrologie temps fréquence ainsi que des aspects de la relativité générale qui ont des effets sur le transfert de temps longue distance. Ce travail aura des applications à la distribution de références de temps via des réseaux de télécommunications pour des applications industrielles, pour la synchronisation à distance d'instruments scientifiques, etc. Selon le niveaux de performances atteint, il peut aussi avoir des applications à la mesure de phénomènes géophysiques à grand échelle et d'effets relativistes sur la surface de la Terre.

  • Titre traduit

    Long range time transfer with optical fiber links and cross comparisons with satellite based methods


  • Résumé

    Long range time transfer with optical fiber links and cross comparisons with satellite based methods Time and frequency transfer are used for the comparison and synchronization of atomic clocks and for disseminating precise reference signals to metrology or scientific laboratories, to industry and to many other users. The stability of the current satellite-based (GNSS and GEO) methods is insufficient compared to the ultimate performance of the modern day ultra-stable atomic clocks. This has stimulated the intensive development of optical fiber based methods, which have demonstrated excellent results for frequency transfer. The present PhD will study time transfer over optical fiber networks, aiming at compatibility with long haul telecommunication links, in order to allow national or continental dissemination of time scales with an accuracy in the range of tens of ns. The work will be based on the White Rabbit protocol, developed by CERN for use in 10 km-scale networks. The work to be carried out is: • precise laboratory measurements of the performances of this protocol • exploration of possible extensions of the method to long haul links • study and improvement of the technical limitations of the instrumentation • study of the fundamental limitations of the method • implementation of links over 10s to 100s of km to test the method and demonstrate its performances • comparison of fiber link performances with satellite-based methods The instrumental work will involve integrated optical and electronic (analogue and digital) systems. The theoretical aspects will rely notably on the properties of signal propagation in optical fibers. The data analysis will require the usual spectral and statistical tools of time and frequency metrology as well as taking into account general relativistic effects in long distance time transfer. This work will have impacts notably on time reference distribution on telecommunication networks and clock synchronization for industrial applications, remote scientific instrument synchronization, etc. Depending on the level of performance achieved, it may also have applications to the measurement of large-scale geophysical phenomena and relativistic effects on the Earth's surface.