一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)及其傳遞方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)及其傳遞方法。本發(fā)明采用密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光學(xué)頻率鎖定裝置及數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)相結(jié)合,在遠(yuǎn)端利用光學(xué)頻率鎖定裝置將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,恢復(fù)出承載光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),并利用密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞回本地端,本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將得到的噪聲信息再通過(guò)密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞到遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,從而得到穩(wěn)定的、與量子頻率源鎖定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。本發(fā)明的方法可以在長(zhǎng)距離高精度光纖頻率傳遞過(guò)程中達(dá)到更高的頻率傳遞穩(wěn)定度。
【專利說(shuō)明】一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)及其傳遞方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及頻率傳遞系統(tǒng),尤其涉及一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)及其傳遞方法。
【背景技術(shù)】
[0002]精密頻率傳遞和時(shí)間同步系統(tǒng),即時(shí)頻同步系統(tǒng),在通信、控制、航天和國(guó)防領(lǐng)域有著廣泛和重要的應(yīng)用,用于物理基本原理測(cè)試、下一代X射線源的發(fā)展、長(zhǎng)基線相干射電望遠(yuǎn)鏡陣列、地球水平線測(cè)繪等。傳統(tǒng)的精密頻率傳遞和時(shí)間同步方法有微波通信、GPS、雙向衛(wèi)星時(shí)間頻率傳輸TWSTFT技術(shù)等。GPS需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行平均,以平均掉傳輸路徑中環(huán)境條件的變化,GPS平均一天的精確度能達(dá)到10_15,不能夠提供用于時(shí)間同步所必須的高精度短穩(wěn)時(shí)間信號(hào),因此基于GPS的授時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有能力傳遞高穩(wěn)定的新一代光鐘。
[0003]相比與傳統(tǒng)的精密頻率傳遞和時(shí)間同步系統(tǒng),利用與環(huán)境隔離的光纖搭建精密頻率傳遞和時(shí)間同步系統(tǒng),具有更大的穩(wěn)定度,尤其是短期穩(wěn)定度。采取主動(dòng)穩(wěn)定措施后,直接光學(xué)頻率傳輸能夠達(dá)到I秒內(nèi)的穩(wěn)定度3xl0_15。光纖通信網(wǎng),可以利用已經(jīng)非常成熟的長(zhǎng)距離大容量光通訊技術(shù)和光網(wǎng)絡(luò)的靈活組網(wǎng)特點(diǎn),在長(zhǎng)距離或者復(fù)雜城域環(huán)境下進(jìn)行時(shí)頻同步系統(tǒng)的研宄。其次,以光頻為載體,進(jìn)行微波頻率的播發(fā)和時(shí)間同步研宄,是時(shí)頻傳遞領(lǐng)域的技術(shù)趨勢(shì)。現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)對(duì)光頻信號(hào)的振幅、相位以及波形都可以進(jìn)行高精度的調(diào)控,同時(shí),光載波在光纖波導(dǎo)中傳播時(shí)受環(huán)境干擾相對(duì)較小,這些都成為以光學(xué)手段進(jìn)行精密頻率傳遞和時(shí)間同步系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。更為重要的,以光波為載體的時(shí)頻同步系統(tǒng)使得同一頻率源的多點(diǎn)播發(fā)成為可能,摒棄了傳統(tǒng)的站點(diǎn)間采用不同頻率源并進(jìn)行比對(duì)的架構(gòu),也減少了對(duì)頻率源的數(shù)量需求,節(jié)省了成本,并真正做到了頻率相干同步,并在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)精密頻率傳遞和時(shí)間同步系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)有的精密頻率傳遞系統(tǒng)采用三種方式:(I)直接傳遞穩(wěn)定的光學(xué)頻率,該方式穩(wěn)定度高,但技術(shù)方案靈活性差,基準(zhǔn)源需要光鐘鎖定,系統(tǒng)復(fù)雜且成本高;(2)量子頻率源的射頻頻率直接調(diào)制單波長(zhǎng)激光進(jìn)行傳遞,該方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,但頻率短期穩(wěn)定度較差;
(3)通過(guò)傳遞鎖模激光同時(shí)傳遞光學(xué)和射頻頻率,該方法綜合性能出色,系統(tǒng)配置靈活,比較容易實(shí)現(xiàn),是本項(xiàng)研宄中主要考慮的技術(shù)路線。
[0005]Giuseppe Marra, Helen S.Margolis, and David J.Richardson 于 2012 年在光學(xué)快訊(OPTICS EXPRESS (OE))發(fā)表的名為《光學(xué)頻率梳頻率傳遞精度3X 10_18》(Disseminat1n of an optical frequency comb over fiber with 3X 10 18fract1nalaccuracy)的論文中提出預(yù)補(bǔ)償技術(shù),在本地端完成對(duì)鏈路抖動(dòng)的補(bǔ)償,在遠(yuǎn)端獲得穩(wěn)定的頻率。G.Marra, R.Slavik, H.S.Margolis, S.N.Lea, P.Petropoulos, D.J.Richardson, P.Gill于2011年在光學(xué)快報(bào)(Optical Letters)發(fā)表的名為《利用鎖模激光器86km光纖高精度微波步貢率傳遞》(High-resolut1n microwave frequency disseminat1n over an86-km-long optical fiber network using a mode-locked laser)的論文中提出了利用加熱光纖池補(bǔ)償光纖鏈路抖動(dòng),但系統(tǒng)補(bǔ)償反應(yīng)時(shí)間慢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)及其傳遞方法,利用數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)控制鎖模激光器產(chǎn)生高穩(wěn)定頻率,進(jìn)行長(zhǎng)距離高精度光纖傳遞,并利用數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)端的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)包括:本地端、第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖、第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置和遠(yuǎn)端;本地端通過(guò)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置連接至光纖的一端,光纖的另一端通過(guò)第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置連接至遠(yuǎn)端;其中,本地端包括量子頻率源、本地端光學(xué)頻率鎖定裝置、鎖模激光產(chǎn)生裝置和本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);遠(yuǎn)端包括遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置、鎖模激光接收裝置、遠(yuǎn)端光電探測(cè)器和遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);本地端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào),與鎖模激光產(chǎn)生裝置的頻率信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,控制鎖模激光產(chǎn)生裝置發(fā)出的激光鎖定在量子頻率源上;鎖模激光加載在第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置;遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)接收到的鎖模激光將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,同時(shí)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的鎖模激光加載在第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置,傳遞至本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)從遠(yuǎn)端傳遞的鎖模激光中獲得承載噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),將其與量子頻率源進(jìn)行比較,獲得噪聲信息,并將噪聲信息經(jīng)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,輸出穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
[0009]本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)包括:本地端光電探測(cè)器、混頻器、單片機(jī)、控制器和數(shù)傳元件;其中,本地端光電探測(cè)器接收從遠(yuǎn)端返回來(lái)的承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),傳遞至混頻器;混頻器將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較,將比較的結(jié)果傳遞至單片機(jī);單片機(jī)采集比較的結(jié)果,并傳換成數(shù)字信號(hào)傳遞至控制器;控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,評(píng)估鏈路抖動(dòng),確定補(bǔ)償參數(shù),將補(bǔ)償參數(shù)傳遞至數(shù)傳元件;數(shù)傳元件將補(bǔ)償參數(shù)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)后輸出噪聲信息。
[0010]遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)包括:數(shù)傳元件、控制器、單片機(jī)和頻率補(bǔ)償元件;其中,數(shù)傳元件將接收到的噪聲信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳遞至控制器;控制器恢復(fù)補(bǔ)償參數(shù),利用單片機(jī)控制頻率補(bǔ)償元件對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
[0011]鎖模激光產(chǎn)生裝置包括光纖鎖模激光器和鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置;其中,光纖鎖模激光器包括波分復(fù)用準(zhǔn)直器、四分之一波片、偏振分束器、二分之一波片和增益光纖;鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置由PZT壓電陶瓷及其驅(qū)動(dòng)電源組成。
[0012]本地端光學(xué)頻率鎖定裝置利用平衡互相關(guān)的方法將光纖鎖模激光器重復(fù)頻率鎖定在量子頻率源上,包括光學(xué)環(huán)形腔和平衡光電探測(cè)器。光學(xué)環(huán)形腔包括二乘二耦合器、電光調(diào)制晶體、第一準(zhǔn)直器、第一法拉利旋轉(zhuǎn)器、四分之一波片、第二法拉利旋轉(zhuǎn)器、二分之一波片和第二準(zhǔn)直器;光纖鎖模激光器的輸出作為二乘二耦合器的輸入,量子頻率源的輸出作為電光調(diào)制晶體的輸入,二乘二耦合器的輸出作為平衡光電探測(cè)器的輸入,平衡光電探測(cè)器的兩輸入端獲得誤差信號(hào);平衡光電探測(cè)器的輸出作為頻率鎖定裝置的輸入。遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置的結(jié)構(gòu)與本地端光學(xué)頻率鎖定裝置的結(jié)構(gòu)一樣。
[0013]鎖模激光接收裝置由頻率響應(yīng)范圍為AC?IGHz的光電探測(cè)器以及分頻電路構(gòu)成,光電探測(cè)器接收由遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置鎖定的光纖鎖模激光器的光學(xué)信號(hào),經(jīng)過(guò)濾波、分頻、整形電路得到頻率鎖定的光學(xué)信號(hào),然后利用密集型波分復(fù)用傳遞裝置其將鎖定的光學(xué)信號(hào)傳遞回本地端。
[0014]為了補(bǔ)償在長(zhǎng)距離光纖鏈路傳遞過(guò)程中由于溫度、震動(dòng)等環(huán)境參數(shù)的變化造成的時(shí)延抖動(dòng),本發(fā)明采用密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光學(xué)頻率鎖定裝置及數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)相結(jié)合,在遠(yuǎn)端利用光學(xué)頻率鎖定裝置將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,恢復(fù)出承載光纖鏈路實(shí)際噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),并利用密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞回本地端,為本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)提供回路信號(hào),本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將得到的噪聲信息再通過(guò)密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞到遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息對(duì)頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。原理如下:鎖模激光產(chǎn)生裝置作為頻率基準(zhǔn)信號(hào)的載體對(duì)遠(yuǎn)端進(jìn)行發(fā)送,其輸出信號(hào)被分為兩路,其中一路作為本地端光學(xué)頻率鎖定裝置的輸入,鎖定激光的相位,另一路通過(guò)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置輸入長(zhǎng)距離的光纖鏈路中進(jìn)行傳輸,完成對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)傳遞,并提供回路反饋信號(hào)用于采集光纖鏈路的噪聲信息,以完成穩(wěn)定光纖環(huán)路頻率;本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)利用量子頻率源以及回路反饋信號(hào)獲得光纖鏈路的噪聲信息,通過(guò)密集型波分復(fù)用傳遞裝置和光纖傳遞給遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)接收本地端傳遞的噪聲信息,對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,得到穩(wěn)定的、與量子頻率源鎖定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的傳遞方法。
[0016]本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的傳遞方法,包括以下步驟:
[0017]I)本地端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào),與鎖模激光產(chǎn)生裝置的頻率信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,控制鎖模激光產(chǎn)生裝置發(fā)出的激光鎖定在量子頻率源上;
[0018]2)鎖模激光加載在第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置;
[0019]3)遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)接收到的鎖模激光將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,同時(shí)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)加載在第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置,傳遞至本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);
[0020]4)本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源進(jìn)行比較,獲得噪聲信息,并將噪聲信息經(jīng)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);
[0021]5)遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,輸出穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
[0022]其中,在步驟4)中,本地端光電探測(cè)器接收從遠(yuǎn)端返回來(lái)的承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),傳遞至混頻器;混頻器將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較,將比較的結(jié)果傳遞至單片機(jī);單片機(jī)采集比較的結(jié)果,并傳換成數(shù)字信號(hào)傳遞至控制器;控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,評(píng)估鏈路抖動(dòng),確定補(bǔ)償參數(shù),將補(bǔ)償參數(shù)傳遞至數(shù)傳元件;數(shù)傳元件將補(bǔ)償參數(shù)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)后輸出噪聲信息。
[0023]在步驟5)中,數(shù)傳元件將接收到的噪聲信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳遞至控制器;控制器恢復(fù)補(bǔ)償參數(shù),利用單片機(jī)控制頻率補(bǔ)償元件,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明采用密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光學(xué)頻率鎖定裝置及數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)相結(jié)合,在遠(yuǎn)端利用光學(xué)頻率鎖定裝置將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,恢復(fù)出承載光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),并利用密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞回本地端,為本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)提供回路信號(hào),本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將得到的噪聲信息再通過(guò)密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞到遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,從而得到穩(wěn)定的、與量子頻率源鎖定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。本發(fā)明的方法可以在長(zhǎng)距離高精度光纖頻率傳遞過(guò)程中達(dá)到更高的頻率傳遞穩(wěn)定度。同時(shí),本方法也可以應(yīng)用于直接傳遞穩(wěn)定光學(xué)頻率的方式以及傳遞射頻頻率調(diào)制單波長(zhǎng)激光的方式,同樣可以獲得較好的性能。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;
[0027]圖2為本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的傳遞方法的流程圖;
[0028]圖3為本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的遠(yuǎn)端得到的頻率基準(zhǔn)信號(hào)的頻率穩(wěn)定度曲線圖;
[0029]圖4為本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的遠(yuǎn)端得到的頻率基準(zhǔn)信號(hào)的相位噪聲譜。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖,通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]如圖1所示,本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)包括:本地端、第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖、第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置和遠(yuǎn)端;本地端通過(guò)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置連接至光纖的一端,光纖的另一端通過(guò)第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置連接至遠(yuǎn)端;其中,本地端包括量子頻率源、本地端光學(xué)頻率鎖定裝置、鎖模激光產(chǎn)生裝置和本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);遠(yuǎn)端包括遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置、鎖模激光接收裝置、遠(yuǎn)端光電探測(cè)器和遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0032]本地端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào),與鎖模激光產(chǎn)生裝置的頻率信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,控制鎖模激光產(chǎn)生裝置發(fā)出的激光鎖定在量子頻率源上;鎖模激光加載在第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置;遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)接收到的鎖模激光將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,同時(shí)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)加載在第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置,傳遞至本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將其與量子頻率源進(jìn)行比較,獲得噪聲信息,并將噪聲信息經(jīng)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,輸出穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
[0033]本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)包括:光電探測(cè)器、混頻器、單片機(jī)、控制器和數(shù)傳元件;其中,光電探測(cè)器接收從遠(yuǎn)端返回來(lái)的承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),傳遞至混頻器;混頻器將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較,將比較的結(jié)果傳遞至單片機(jī);單片機(jī)采集比較的結(jié)果,并傳換成數(shù)字信號(hào)傳遞至控制器;控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,評(píng)估鏈路抖動(dòng),確定補(bǔ)償參數(shù),將補(bǔ)償參數(shù)傳遞至數(shù)傳元件;數(shù)傳元件將補(bǔ)償參數(shù)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)后輸出噪聲信息。
[0034]遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)包括:數(shù)傳元件、控制器、單片機(jī)和頻率補(bǔ)償元件;其中,數(shù)傳元件將接收到的噪聲信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳遞至控制器;控制器恢復(fù)補(bǔ)償參數(shù),利用單片機(jī)控制頻率補(bǔ)償元件對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
[0035]鎖模激光產(chǎn)生裝置包括光纖鎖模激光器和鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置;其中,光纖鎖模激光器包括第一準(zhǔn)直器、第一四分之一波片、第一二分之一波片、第一偏振分束鏡、第一隔離器、第二四分之一波片、第二準(zhǔn)直器、增益光纖、第二隔離器和第三準(zhǔn)直器,第一泵浦源與第一準(zhǔn)直器的尾部相連;其中,第一準(zhǔn)直器、第一四分之一波片、第一二分之一波片、第一偏振分束鏡、第一隔離器、第二四分之一波片、第二準(zhǔn)直器和增益光纖依次光學(xué)連接形成光學(xué)環(huán)形腔。鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置由PZT壓電陶瓷及其驅(qū)動(dòng)電源組成。鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置的頻率是1MHz。鎖模激光器重復(fù)頻率是與量子頻率源的1MHz頻率基準(zhǔn)信號(hào)鎖定在一起。
[0036]第一光學(xué)頻率鎖定裝置利用平衡互相關(guān)的方法將光纖鎖模激光器重復(fù)頻率鎖定在量子頻率源上,包括光學(xué)環(huán)形腔和平衡光電探測(cè)器。光學(xué)環(huán)形腔包括二乘二耦合器、電光調(diào)制晶體、第一準(zhǔn)直器、第一法拉利旋轉(zhuǎn)器、四分之一波片、第二法拉利旋轉(zhuǎn)器、二分之一波片和第二準(zhǔn)直器;光纖鎖模激光器的輸出作為二乘二耦合器的輸入,量子頻率源的輸出作為電光調(diào)制晶體的輸入,二乘二耦合器的輸出作為平衡光電探測(cè)器的輸入,平衡光電探測(cè)器的兩輸入端獲得誤差信號(hào);平衡光電探測(cè)器的輸出作為頻率鎖定裝置的輸入。第二光學(xué)頻率鎖定裝置的結(jié)構(gòu)與第一光學(xué)頻率鎖定裝置的結(jié)構(gòu)相同。
[0037]鎖模激光接收裝置由頻率響應(yīng)范圍為AC?IGHz的光電探測(cè)器以及分頻電路構(gòu)成,光電探測(cè)器接收由遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置鎖定的光纖鎖模激光器的光學(xué)信號(hào),經(jīng)過(guò)濾波、分頻、整形電路得到頻率鎖定的光學(xué)信號(hào),然后利用第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置其將鎖定的光學(xué)信號(hào)傳遞回本地端。
[0038]本實(shí)施例的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的傳遞方法,如圖2所示,包括以下步驟:
[0039]I)本地端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào),與鎖模激光產(chǎn)生裝置的頻率信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,控制鎖模激光產(chǎn)生裝置發(fā)出的激光鎖定在量子頻率源上;
[0040]2)鎖模激光加載在第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置;
[0041]3)遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)接收到的鎖模激光將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,同時(shí)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)加載在第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置,傳遞至本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);
[0042]4)本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源進(jìn)行比較,獲得噪聲信息,并將噪聲信息經(jīng)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);
[0043]5)遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,輸出穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
[0044]圖3為本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的遠(yuǎn)端得到的頻率基準(zhǔn)信號(hào)的頻率穩(wěn)定度曲線圖,由圖3可知,本系統(tǒng)可以有效補(bǔ)償光纖鏈路中由于溫度等原因造成的頻率誤差,獲得了較好的頻率穩(wěn)定度,同時(shí)具備較好的短期穩(wěn)定度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度。
[0045]圖4為本發(fā)明的基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的遠(yuǎn)端得到的頻率基準(zhǔn)信號(hào)的相位噪聲譜,由圖4可知,本系統(tǒng)可以有效抑制鏈路中由于溫度等原因產(chǎn)生的相位噪聲。
[0046]最后需要注意的是,公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi),各種替換和修改都是可能的。因此,本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容,本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng),其特征在于,所述頻率傳遞系統(tǒng)包括:本地端、第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖、第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置和遠(yuǎn)端;本地端通過(guò)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置連接至光纖的一端,光纖的另一端通過(guò)第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置連接至遠(yuǎn)端;其中,本地端包括量子頻率源、本地端光學(xué)頻率鎖定裝置、鎖模激光產(chǎn)生裝置和本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);遠(yuǎn)端包括遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置、鎖模激光接收裝置、遠(yuǎn)端光電探測(cè)器和遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);本地端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào),與鎖模激光產(chǎn)生裝置的頻率信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,控制鎖模激光產(chǎn)生裝置發(fā)出的激光鎖定在量子頻率源上;鎖模激光加載在第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置;遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)接收到的鎖模激光將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,同時(shí)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的鎖模激光加載在第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置,傳遞至本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)從遠(yuǎn)端傳遞的鎖模激光中獲得承載噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),將其與量子頻率源進(jìn)行比較,獲得噪聲信息,并將噪聲信息經(jīng)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng);遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,輸出穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率傳遞系統(tǒng),其特征在于,所述本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)包括:本地端光電探測(cè)器、混頻器、單片機(jī)、控制器和數(shù)傳元件;其中,本地端光電探測(cè)器接收從遠(yuǎn)端返回來(lái)的承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),傳遞至混頻器;混頻器將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較,將比較的結(jié)果傳遞至單片機(jī);單片機(jī)采集比較的結(jié)果,并傳換成數(shù)字信號(hào)傳遞至控制器;控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,評(píng)估鏈路抖動(dòng),確定補(bǔ)償參數(shù),將補(bǔ)償參數(shù)傳遞至數(shù)傳元件;數(shù)傳元件將補(bǔ)償參數(shù)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)后輸出噪聲信息。
3.如權(quán)利要求1所述的頻率傳遞系統(tǒng),其特征在于,所述遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)包括:數(shù)傳元件、控制器、單片機(jī)和頻率補(bǔ)償元件;其中,數(shù)傳元件將接收到的噪聲信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳遞至控制器;控制器恢復(fù)補(bǔ)償參數(shù),利用單片機(jī)控制頻率補(bǔ)償元件對(duì)遠(yuǎn)端的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求1所述的頻率傳遞系統(tǒng),其特征在于,所述鎖模激光產(chǎn)生裝置包括光纖鎖模激光器和鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置;其中,光纖鎖模激光器包括波分復(fù)用準(zhǔn)直器、四分之一波片、偏振分束器、二分之一波片和增益光纖;鎖模激光器重復(fù)頻率與原子鐘鎖定裝置由PZT壓電陶瓷及其驅(qū)動(dòng)電源組成。
5.—種基于數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率傳遞系統(tǒng)的傳遞方法,其特征在于,所述傳遞方法包括以下步驟: 1)本地端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào),與鎖模激光產(chǎn)生裝置的頻率信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,控制鎖模激光產(chǎn)生裝置發(fā)出的激光鎖定在量子頻率源上; 2)鎖模激光加載在第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置; 3)遠(yuǎn)端光學(xué)頻率鎖定裝置根據(jù)接收到的鎖模激光將鎖模激光接收裝置鎖定在本地端傳遞的頻率基準(zhǔn)信號(hào)上,同時(shí)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)加載在第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置的一個(gè)通道,通過(guò)光纖和第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置,傳遞至本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng); 4)本地端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源進(jìn)行比較,獲得噪聲信息,并將噪聲信息經(jīng)第一密集型波分復(fù)用傳遞裝置、光纖和第二密集型波分復(fù)用傳遞裝置傳遞至遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng); 5)遠(yuǎn)端數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的噪聲信息,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,輸出穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的傳遞方法,其特征在于,在步驟4)中,本地端光電探測(cè)器接收從遠(yuǎn)端返回來(lái)的承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào),傳遞至混頻器;混頻器將承載著光纖鏈路實(shí)際的噪聲信息的頻率基準(zhǔn)信號(hào)與量子頻率源發(fā)出的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較,將比較的結(jié)果傳遞至單片機(jī);單片機(jī)采集比較的結(jié)果,并傳換成數(shù)字信號(hào)傳遞至控制器;控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,評(píng)估鏈路抖動(dòng),確定補(bǔ)償參數(shù),將補(bǔ)償參數(shù)傳遞至數(shù)傳元件;數(shù)傳元件將補(bǔ)償參數(shù)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)后輸出噪聲信息。
7.如權(quán)利要求5所述的傳遞方法,其特征在于,在步驟5)中,數(shù)傳元件將接收到的噪聲信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳遞至控制器;控制器恢復(fù)補(bǔ)償參數(shù),利用單片機(jī)控制頻率補(bǔ)償元件,對(duì)遠(yuǎn)端的經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端光電探測(cè)器的頻率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】H04L7/00GK104506297SQ201410779831
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】張志剛, 郭弘, 陳星 , 魯金龍, 張健, 陸星, 田旭生, 慈騁, 劉波, 施可彬, 湯庭松, 吳虹 申請(qǐng)人:北京大學(xué)