基于光纤的高稳定度微波频率传递

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高精度微波频率例如原子钟频标的长距离传递在基础物理测量、社会民生和国防领域有着重要的应用意义。近年来发展的基于光纤的微波频率传递技术能避开传统空间传递架构例如GPS或者长波传频易于受到外界扰动等的不利因素影响,将频率传递的稳定度从天稳10-14提升到10-17甚至更高。在常用光纤传递微波频的方法中,通过光频率梳齿间隔携带微波频率的原理能够以光频载波高精度地传递微波频率。本论文设计了一种新型光学频率梳传递微波频率的方案,完成了搭建基于百公里实验室光纤的实验系统,并进行了系统性能测试。  由于光纤材料折射率随外界环境扰动例如温度压力等发生变化,承担微波传递的光信号在从发射端经光纤传递到远端时会产生相位噪声。通过对链路中相位噪声进行测量,在发射端提前进行相位补偿是高精度光纤传频的通用架构。而相位噪声判别需要将远端信号部分反射回发射端与初始信号进行相位比较获得。然而,由于光纤链路中往往存在多次接头节点反射,干扰从远端的返回信号,造成相位噪声的误判。传统的解决方案包括采用不同光纤分别传输发射和返回光信号[12~14],将光纤接头熔融焊接[13,15]以及降低发射光功率[13,16]等技术。本论文中,我们首次提出在远端利用色散位移光纤(DSF)中的强四波混频(FWM)效应对光频梳首先进行光学扩谱,再通过波分复用(WDM)原理过滤出扩谱后的不同波长通道作为返回信号进行相位噪声判别,构建高精度光频梳传递微波频率的实验系统。我们从理论和实验上研究了DSF中的四波混频(FWM)作用,利用非线性薛定谔方程进行了皮秒光频率梳在DSF中的扩频模拟,并从实验中验证了理论预期。此外,基于FWM移频原理,我们搭建了光频梳传递微波频率百公里实验室光纤传递系统。系统频率传递稳定度达到秒稳1.5×10-13及千秒稳1.7×10-16。  
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