首页 > 论文 > 光学学报 > 37卷 > 7期(pp:706004--1)

基于210 km实地通信链路的高稳定性光学频率信号传递

Ultra-Stable Optical Frequency Signal Transfer in 210 km Urban Communication Link

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摘要

利用西安和咸阳之间的电信省级骨干光纤网构建了210 km的光学频率信号传递测试链路,链路损耗为0.23 dB/km。实验中采用可搬运、基于光纤干涉仪、线宽约为200 Hz的激光器作为光源,利用两台低噪声双向掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤链路损耗和增加光信号的传输距离,放大器平均增益控制在15 dB左右,以防止激射。通过测量和分析不同情况下光纤链路的附加相位噪声,可观测到铁路震动引起的规律性干扰。当噪声抑制系统在锁定状态时,链路的相位噪声被抑制了23 dB,在剔除铁路干扰时段数据后,获得的210 km实地通信链路的秒级频率稳定度达到了1.51×10-14,万秒频率稳定度达到了5×10-17。利用210 km通信链路进行了光学频率信号的远程传递测试,分析了限制频率稳定度的主要影响因素,并针对现行光纤布设方式提出了补充要求。该研究为基于通信链路的高精度光学频率信号的传递与比对提供理论支撑。

Abstract

We establish a 210 km optical frequency signal transfer test link along the telecom provincial backbone optical fiber network between Xi’an and Xian Yang, and the loss of the link is 0.23 dB/km. A fiber interferometer based laser with linewidth of 200 Hz is used as the light source, and the laser is conveyable. Two bilateral erbium-doped optical fiber amplifiers (EDFAs) with low noise are used to compensate the fiber link loss and increase the transmission distance of signal. The average gain of amplifier is controlled at about 15 dB to avoid the self-excited oscillation. The additional phase noise of the fiber link under different conditions is measured and analyzed, and the regular disturbance caused by the railway vibration is observed. The phase noise in the link is suppressed by 23 dB when we use the noise suppression system. When the noise data from the railway vibration is eliminated, the second level frequency stability of the 210 km urban communication link can achieve 1.51×10-14 and be better than 5×10-17 at 104 s. The remote transfer test for optical frequency signal based on 210 km communication link is completed, and the main influence factors limiting the frequency stability are analyzed. The supplementary requirements are put forward for the current fiber setting way. The study provides theoretical supplement for achieving high accuracy optical frequency signal transmission and comparison based on the communication link.

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中图分类号:TN929.11

DOI:10.3788/aos201737.0706004

所属栏目:光纤光学与光通信

基金项目:国家自然科学基金(91636101)、中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB21030800)、国家重点研发计划(2016YFF0200200)、国家自然科学基金青年基金(11403031)、西部青年学者(B类)(XAB2016B74)

收稿日期:2017-03-03

修改稿日期:2017-03-31

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

臧 琦:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院大学, 北京 100049中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
邓 雪:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
曹 群:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院大学, 北京 100049中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
高 静:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
焦东东:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
刘 杰:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
许冠军:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
董瑞芳:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院大学, 北京 100049中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
刘 涛:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院大学, 北京 100049中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
张首刚:中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600中国科学院大学, 北京 100049中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600

联系人作者:臧琦(zangqi@ntsc.ac.cn)

备注:臧 琦(1990-),男,硕士研究生,主要从事光纤时间频率传递方面的研究。

【1】Foreman S M, Holman K W, Hudson D D, et al. Remote transfer of ultrastable frequency references via fiber networks[J]. Review of Scientific Instruments, 2007, 78(2): 021101.

【2】Sherman J A, Lemke N D, Hinkley N, et al. High-accuracy measurement of atomic polarizability in an optical lattice clock[J]. Physical Review Letters, 2012, 108(15): 153002.

【3】Huntemann N, Okhapkin M, Lipphardt B, et al. High-accuracy optical clock based on the octupole transition in 171Yb+[J]. Physical Review Letters, 2012, 108(9): 090801.

【4】Swallows M D, Bishof M, Lin Y G, et al. Suppression of collisional shifts in a strongly interacting lattice clock[J]. Science, 2011, 331(6020): 1043-1046.

【5】Hinkley N, Sherman J A, Phillips N B, et al. An atomic clock with 10-18 instability[J]. Science, 2013, 341(6151): 1215-1218.

【6】Bloom B J, Nicholson T L, Williams J R, et al. An optical lattice clock with accuracy and stability at the 10-18 level[J]. Nature, 2014, 506(7486): 71-75.

【7】Ushijima I, Takamoto M, Das M, et al. Cryogenic optical lattice clocks[J]. Nature Photonics, 2015, 9(3): 185-189.

【8】Fujieda M, Gotoh T, Nakagawa F, et al. Carrier-phase-based two-way satellite time and frequency transfer[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 2012, 59(12): 2625-2630.

【9】Tseng W, Lin S Y, Feng K M, et al. Improving TWSTFT short-term stability by network time transfer[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2010, 57(1): 161-167.

【10】Desurvier E, Zervas M N. Erbium-doped fiber amplifiers: Principles and applications[M]. New York: Wiley-Interscience, 1994: 3-26.

【11】Becker P C, Olsson N A, Simpson J R. Erbium-doped fiber amplifiers: Fundamentals and technology[M]. San Diego: Academic Press, 1999: 258-259.

【12】Predehl K. A 920 km optical fiber link for frequency metrology at the 19th decimal place[D]. München: Ludwig-Maximilians-Universitt, 2012.

【13】Droste S, Ozimek F, Udem T, et al. Optical-frequency transfer over a single-span 1840 km fiber link[J]. Physical Review Letters, 2013, 111(11): 110801.

【14】Chiodo N, Quintin N, Stefani F, et al. Cascaded optical fiber link using the internet network for remote clocks comparison[J]. Optics Express, 2015, 23(26): 33927-33937.

【15】Kim J, Schnatz H, Wu D S, et al. Optical injection locking-based amplification in phase-coherent transfer of optical frequencies[J]. Optics Letters, 2015, 40(18): 4198-4201.

【16】Calonico D, Bertacco E K, Calosso C E, et al. High-accuracy coherent optical frequency transfer over a doubled 642 km fiber link[J]. Applied Physics B, 2014, 117(3): 979-986.

【17】Newbury N R, Williams P A, Swann W C. Coherent transfer of an optical carrier over 251 km[J]. Optics Letters, 2007, 32(21): 3056-3058.

【18】Schediwy S W, Gozzard D, Baldwin K G H, et al. High-precision optical-frequency dissemination on branching optical-fiber networks[J]. Optics Letters, 2013, 38(15): 2893-2896.

【19】Liu Q, Han S L, Wang J L, et al. Simultaneous frequency transfer and time synchronization over a 430 km fiber backbone network using a cascaded system[J]. Chinese Optics Letters, 2016, 14(7): 070602.

【20】Ma C Q, Wu L F, Jiang Y Y , et al. Coherence transfer of sub hertz-linewidth laser light via an 82 km fiber link[J]. Applied Physics Letters, 2015, 107(26): 261109.

【21】Deng X, Liu J, Jiao D D, et al. Coherent transfer of optical frequency over 112 km with instability at the 10-20 level[J]. Chinese Physics Letters, 2016, 33(11): 114202.

【22】Zang Qi, Deng Xue, Liu Jie, et al. Optimization design for bidirectional erbium-doped fiber amplifier used in long distance optical frequency transfer link[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(3): 0306006.
臧 琦, 邓 雪, 刘 杰, 等. 用于长距离光学频率传递链路的双向掺铒光纤放大器的优化设计[J]. 光学学报, 2017, 37(3): 0306006.

【23】Cao Qun, Deng Xue, Zang Qi, et al. Two-way optical phase comparison method based on local measurement[J]. Chinese J Lasers, 2017, 44(5): 0504004.
曹 群, 邓 雪, 臧 琦, 等. 基于本地测量的双向光学相位比对方法[J]. 中国激光, 2017, 44(5): 0504004.

【24】Jiang H F. Development of ultra-stable laser sources and long-distance optical link via telecommunication networks[D]. Paris: Université Pierre et Marie Curie, 2010.

【25】Williams P A, Swann W C, Newbury N R. High-stability transfer of an optical frequency over long fiber-optic links[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2008, 25(8): 1284-1293.

【26】Jiao Dongdong, Gao Jing, Liu Jie, et al. Development and application of communication band narrow linewidth lasers[J]. Acta Physica Sinica, 2015, 64(19): 190601.
焦东东, 高 静, 刘 杰, 等. 用于光频传递的通信波段窄线宽激光器研制及应用[J]. 物理学报, 2015, 64(19): 190601.

引用该论文

Zang Qi,Deng Xue,Cao Qun,Gao Jing,Jiao Dongdong,Liu Jie,Xu Guanjun,Dong Ruifang,Liu Tao,Zhang Shougang. Ultra-Stable Optical Frequency Signal Transfer in 210 km Urban Communication Link[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(7): 0706004

臧 琦,邓 雪,曹 群,高 静,焦东东,刘 杰,许冠军,董瑞芳,刘 涛,张首刚. 基于210 km实地通信链路的高稳定性光学频率信号传递[J]. 光学学报, 2017, 37(7): 0706004

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