[發明專利]高精度光纖頻率傳輸系統

有效

• 申請號: 201710019313.5
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106877930B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 楊飛;馮子桐;張茜;蔡海文;桂有珍;程楠;魏芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04B10/548
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種高精度光纖頻率傳輸系統，包括PID電路板、鑒相器、光電探測器、法拉第旋轉反射鏡、微波光子移相器、2×2光耦合器、環形器、從激光器、頻率參考信號源、主激光發射機、隔離器、光纖鏈路和時頻收發模塊，本發明在單纖雙向還回誤差信號獲取方式的基礎上，基于注入鎖定相干探測和微波光子移相器進行光纖鏈路噪聲補償，從而實現高精度的光纖頻率傳輸，可在遠地端高精度地恢復本地端的頻率參考信號?？梢栽谝粋€微波光子移相器，器件上同時實現相位改變所需要的高帶寬響應和大動態范圍兩個特征，有助于減輕系統復雜度，增加系統穩定性和適用性?？蓱糜诠忡?原子鐘等時鐘比對、頻率傳輸等領域。

技術領域

本發明涉及高精度頻率傳輸，特別是一種高精度光纖頻率傳輸系統，主要目的是對光纖中頻率傳遞的鏈路噪聲進行補償，從而在遠地端高精度地恢復本地端的頻率參考信號，可應用于光鐘/原子鐘等時鐘比對、頻率傳輸等領域。

背景技術

頻率標準是現代社會各種重要技術的基礎，比如導航定位、互聯通信、物理常數的精確測試等。隨著氫鐘、冷原子鐘、噴泉鐘、光鐘等高精度時鐘的順利研發，頻率標準精度越來越高、技術越來越成熟，比如銫原子噴泉微波鐘的頻率不確定度可小于1E-15，原子光鐘的頻率穩定性和不確定度都可達到1E-18量級。另一方面，隨著GPS/北斗等天基導航定位系統的發展，其授時、定位精度也需要不斷地提高，以便應對越來越復雜的社會需求。所以需要對頻率標準進行更高精度的比對和分發，也就是需要進行高精度的頻率傳輸。傳統的頻率傳輸主要通過衛星完成，但是這種傳統方式的傳遞精度、連續性和時效性等已經難以滿足越來越高的應用需求。近年來很多實驗室開展了基于光纖的頻率傳輸方法的研究，已經通過實驗證實基于光纖可以獲得比衛星更高的傳輸精度。但是光纖在傳輸頻率的過程中會受到環境變化的影響，比如光纖所受的溫度變化等，從而引起頻率信號在光纖中傳輸時延的變化，增加傳輸噪聲，也就會造成頻率穩定性的較低，所以在光纖中進行頻率傳遞，必須對這些噪聲進行抑制或者補償，才能獲得高精度的頻率傳輸結果。

為了進行這樣的噪聲抑制與補償，人們提出了多種解決方案。在先技術一：B.Wang,C.Gao,W.L.Chen,J.Miao,X.Zhu,Y.Bai,J.W.Zhang,Y.Y.Feng,T.C.Li,L.J.Wang.Precise and Continuous Time and Frequency Synchronisation at the 5310-19Accuracy Level[J].SCIENTIFIC REPORTS,2012,2:556-560，提出了基于電子學鎖相環的噪聲補償方式。該方法首先將從本地端傳遞到遠地端的頻率信號沿原來的光纖鏈路還回到本地端，并與本地端的頻率參考信號進行相位比較，然后獲得頻率信號與原始頻率參考的拍頻信號，即頻率參考信號在往返傳輸后積累的誤差信號，再將該誤差信號進行濾波處理后通過電子學鎖相環反饋控制本地端頻率信號本身的相位，從而實現待傳頻率參考信號的噪聲補償。顯然該方法的噪聲抑制只能針對頻率信號自身，對不同的頻率參考信號，都需要獨立的一套噪聲抑制設備，如果在光纖中需要傳輸多種類型的參考信號，那么每一種參考信號都需要這樣的一套誤差信號獲取并加上鎖相環反饋補償的設備，比如該文獻中需要傳輸的另一路時間參考信號，就需要另一套獨立的誤差補償設備，這必然會增加系統復雜度。