高精度光纖頻率傳遞系統(tǒng)中的相位噪聲補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、高精度的頻標(biāo)信號(hào)遠(yuǎn)程傳遞技術(shù)在精密計(jì)量、基礎(chǔ)科學(xué)研究和國(guó)防等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，如基本物理常數(shù)測(cè)量、相對(duì)論驗(yàn)證、衛(wèi)星導(dǎo)航、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量以及基于加速器的Χ射線脈沖源等均要求遠(yuǎn)距離高精度頻率傳遞。然而，現(xiàn)有基于衛(wèi)星的時(shí)頻傳遞技術(shù)最高只能提供10-15/天的穩(wěn)定度，在短的時(shí)間尺度上的穩(wěn)定度更差，已不能滿足新一代高穩(wěn)定頻率基準(zhǔn)傳遞的需求。
　　光纖鏈路的穩(wěn)定性（特別是在短時(shí)間內(nèi)尺度上）比自由空間通路的更高，而且同時(shí)具有低損耗、受外界

2、環(huán)境的影響較小、高帶寬等優(yōu)點(diǎn)。因此，利用光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度的頻率傳遞引起了越來越多的研究者的關(guān)注，被認(rèn)為是一種極有前途的解決方案。然而在光纖傳輸過程中會(huì)引入額外的噪聲，使傳遞的頻標(biāo)信號(hào)的穩(wěn)定度惡化?；诖?，本文的主要工作是系統(tǒng)地分析光子鏈路傳輸引入的相位噪聲及其對(duì)頻率傳遞穩(wěn)定度的影響，研究光子鏈路的相位噪聲抑制技術(shù)及新的頻率傳遞方案，并開展光纖頻率傳遞的實(shí)驗(yàn)研究。本文的主要工作如下：
　　(1)系統(tǒng)地分析了光纖傳輸中引入的各類

3、噪聲，建立了噪聲與頻率穩(wěn)定度的數(shù)學(xué)模型，從理論上給出了各噪聲對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響。對(duì)激光器的FM噪聲、EDFA的ASE噪聲等引入的相位噪聲及其對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性、理論分析的有效性。
　　(2)在分析噪聲特性的基礎(chǔ)上，研究光子鏈路的相位噪聲抑制技術(shù)。采用低偏置電光調(diào)制器偏置電壓的方案來降低光子鏈路的本底相位噪聲。針對(duì)光纖傳輸引入的相位噪聲，從理論上分析了環(huán)路相位噪聲補(bǔ)償技術(shù)的性能，仿真了補(bǔ)償系統(tǒng)的相

4、位噪聲補(bǔ)償效果，也探究了限制相位噪聲抑制比的因素。
　　(3)設(shè)計(jì)了基于數(shù)字式主動(dòng)光學(xué)相位噪聲補(bǔ)償?shù)念l率傳遞方案，在該方案中，采用雙混頻時(shí)域差分技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度時(shí)延抖動(dòng)檢測(cè)，采用FPGA實(shí)現(xiàn)了數(shù)字相位噪聲補(bǔ)償控制器，提高了補(bǔ)償?shù)木?，同時(shí)增加了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性?；跀?shù)字式相位噪聲補(bǔ)償方案開展了100 km光纖頻率傳遞實(shí)驗(yàn)，傳遞的穩(wěn)定度達(dá)到5×10-14/秒,2×10-17/天。
　　(4)提出了一種基于微波光子移相器的光