中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004
为了减少星间激光时频传输过程中的多普勒频移并提高星间通信的可靠性，提出了一种多普勒频移补偿技术。首先，对多普勒频移进行了理论分析和仿真，得到了两卫星在24 h通信中断前传输激光光学频率所产生的多普勒频移；然后，设计了一个多普勒频移补偿系统用于星间激光多普勒频移补偿。仿真结果表明：该系统能在约15个控制周期内完成多普勒频移补偿，使得补偿后的多普勒频移小于8 kHz，比未补偿的情况改善了6个数量级。
激光时频传递 星间激光链路 光学频率 多普勒频移补偿 laser time-frequency transfer, inter-satellite las
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站，吉林 长春 130117
2 中国科学院大学，北京 100049
自由空间激光时频传递是未来空间高精度时频传递的重要技术发展方向。高精度的事件计时器是实现自由空间激光时频传递的关键核心设备，提出了组合确定性因素和随机因素的性能评估模型，通过测量精密频率源的时序数据得到不同事件计时器基于最小二乘的频率准确度、频率漂移率，表征频率稳定度的时域方差包括Allan方差、Modified Allan方差、Time方差和Hadamard方差，依据幂律谱模型分离出事件计时器测量数据的随机游走噪声、调频白噪声、调频闪烁噪声、调相白噪声和调相闪烁噪声五种随机噪声。对比分析了性能处于同一量级的两种典型高精度事件计时器A033和GT668的性能差异，在频率测量准确度上，A033事件计时器优于 ${\text{7}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$，而GT668事件计时器优于 ${\text{3}}{\text{.1}} \times $$ {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$，频率漂移率A033为 ${\text{2}}{\text{.096}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 15}}}}$，而GT668则是 ${{ - 1}}{\text{.071}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 15}}}}$，短期（1 d）稳定性Allan标准差由 ${\text{7}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$变化到 ${\text{4}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$；GT668在随机游走噪声曲线走势上更为稳定，调频闪烁噪声和调频白噪声没有明显差异。实验表明，通过文中性能分析方法可以对高精度事件计时器性能进行评估分析，对其准确性和可靠性进行判定，为高精度事件计时器的使用提供分析依据。
激光时频传递 事件计时器 时域方差 幂律谱噪声 laser time-frequency transmission event timer time-domain variance power-law spectrum noise 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220913
1 中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北石家庄 050081
2 河北省光子信息技术与应用重点实验室, 河北石家庄 050081
针对光纤时频传输过程中由于温度、压力变化等环境因素导致的相位抖动, 提出了一种基于比例-积分-微分(PID)反馈控制的高精确度相位稳定纠正技术。采用迈克耳逊干涉仪进行实时相位检测, 并通过压电陶瓷进行实时补偿, 能够有效克服传统鉴相、延时线等在补偿精确度和速度方面的瓶颈。经过对环境因素的计算与 PID补偿仿真, 得到该方法在 800 m光纤传输的传输延时测量精确度为 2.2 fs, 传输延时稳定度<8.8 fs, 在小于 100 N的外界轴向拉力作用下, 恢复初始状态的时间在 0.088 s以内。
时频传递 微波光子 PID控制 稳相传输 time-frequency transmission microwave photon PID control phase stabilized transmission 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(5): 407
1 中国人民解放军海军工程大学电气工程学院，湖北 武汉 430033
2 九江学院电子工程学院，江西 九江 332005
光纤具有损耗低、稳定性高、抗干扰能力强等优点，在远距离、高精度、高可靠时频传输系统建设中起到了突出作用。梳理了远距离光纤时间频率传输系统实施方案和相关研究成果，并分析了双向时延不对称性和各种噪声对传递精度、稳定度、传输距离的影响。此外，提出了光纤时频传输网与现有光纤通信网络融合的下一步发展研究的建议。
光纤光学 光纤网络 时频传递 光放大器 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500006
1 南开大学 现代光学研究所,天津 300350
2 天津市光电传感器与传感网络重点实验室, 天津 300350
3 北京理工大学 信息与电子学院, 北京 100081
高精度、高稳定性的时频信号传输是在轨卫星能够正常工作的可靠保证, 传统的采用冗余编码方式进行的时频传递系统传输链路带宽均在吉比特每秒以上。设计了一种新型时频传输系统, 在带宽受限条件下对编码和解码方式进行了优化设计, 实现在5 MHz链路带宽下的频标信号高精度传输, 并利用微波光子融合技术实现了时频的高精度传递。结果显示该时频传输系统达到了1.65 ns的时间抖动和1.39×10-11/s、3.45×10-12/(10 s)的频率稳定度。
光通信 时频传递 微波光子融合 optical communication time-frequency transmission microwave photon fusion
陆军工程大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
研究了基于光纤环形网的多点高精度时频传递的方法,提出了终端站对钟差自感知的方案,将对钟差的感知测量以及补偿转移到终端站执行,实现网络中各个终端站与中心站的时频同步。搭建了长度为100 km的光纤环形网多点时频传递系统,实验研究了链路中色散带来的不对称性偏差的校消方法,验证了链路温度变化下的多点时频传递性能,测量的时频传递同步误差的峰峰值低于400 ps,均方根误差小于60 ps,表明终端站可以在光纤环形网的任意位置灵活接入。
光纤光学 光纤时频传递 环形网 自感知
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室, 上海 201800
4 中国科学技术大学, 合肥 安徽 230026
5 中国科学院电磁空间信息重点实验室, 合肥 安徽 230027
为了适应高精度光纤时频传递与光纤通信网融合的发展趋势, 对光纤通信网中常用的波长选择开关(WSS)的时频传递性能进行了研究。基于波分复用、单纤双向还回和光学真时延补偿的方案搭建了一套高精度光纤时频传递系统, 研究了WSS的输出端口、输出损耗和输入光信号的偏振态变化对时频传递性能的影响, 并在此基础上研究了含WSS的时频传递系统的开闭环特性以及闭环情况下WSS的动态切换对时频传递系统的影响。实验结果表明, WSS的引入对光纤时频传递性能的影响是可以控制的, 证实了在含WSS的商用光纤通信网中进行高精度时频传递是可行的。
光纤光学 波长选择开关 光纤时频传递 光纤通信网络
1 空军预警学院, 湖北 武汉 430019
2 航天飞行动力学技术重点实验室, 北京 100094
针对光纤信道特性变化引起频率远距离传输的稳定度损失问题进行了研究。综合光纤热膨胀、折射率分布和色散效应特性随环境温度变化引入的不稳定性，建立了链路时延模型。通过25 km单模光纤1550 nm光信号的传输实验对该模型进行了验证。实验结果表明，当光纤温度与环境温度同步变化且其他环境因素对传输稳定性影响较小时，该模型计算得出的理论时延变化与实验结果保持一致。对该模型进行了分析讨论，确定了模型参数随温度和波长变化情况，并得出了各特性引入时延变化的量级，当折射率变化引起的相对时延变化为10.22 ns时，光纤热膨胀和色散效应引入的相对时延变化分别为0.7741 ns和-0.5983 ps。
光纤光学 时延模型 时延抖动 时频传递 色散效应 折射率
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院量子光学重点实验室, 上海 201800
3 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
为实现准国土范围内高精度授时和守时，利用光纤传递铯钟、氢钟等高精度原子钟的时频信号，在实际光纤链路上验证其长距离传递性能。采用波分复用和双向双波长的传输方法，介绍了在275 km京沪干线上实现高精度时频传递的相关工作。针对长距离光纤链路的特点，探讨了链路损耗与散射、色散与频率噪声、补偿系统动态范围和反馈带宽等对时频传递性能的影响。实验获得了频率信号的秒稳定度达5×10-14和天稳定度达7×10-18的传递性能，同时，千秒尺度下的时间方差可达2.4 ps。
光纤光学 时频传递 时间同步 波分复用
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室, 上海 201800
提出了一种应用于光纤时间频率传递系统中时间信号的校准和同步方案。分析了基于光学补偿方式和波分复用技术的时频传递系统中本地和远地时间信号同步方案的原理，并完成了实验室内50 km 光纤链路的验证实验，时间同步精度为1.6 ps。在110 km 的商用光纤链路上完成了时间信号的同步实验，理论计算的时间同步精度为30.0 ps，对时间信号的误差来源进行了理论分析。
光纤光学 时频传递 时间同步 光学补偿 波分复用
