原子频标光纤高精度传递的新方法研究

基于光网络的高精度时间频率网络是构建我国独立时间频率体系的重要组成部分，可与天基时频网络相互补充、相互支撑，并具有抗干扰和低成本的优势，在高精度导航定位、深空探测、标准计量和指控协同等领域具有重要的应用价值。本项目在精确分析光纤传输系统中各类劣化因素对原子频标传递性能影响的基础上，借鉴光载无线技术研究论证原子频标光纤高精度单向传递的新方法，该方法可以克服当前原子频标光纤传递中普遍采用的共轭相位补偿法存在的缺陷，在保证高精度、长距离传递的同时，降低传递网络的复杂度和成本。针对光纤原子频标单向传递中的相位波动抑制、高精度相位测量和补偿要求，研究终端站在无频标基准条件下的相位波动测量方法，研究基于光纤光栅的高精度光学处理和延迟补偿器件的设计制作方法，并进行原子频标高精度单向传递实验。本项目的研究将为原子频标的高精度、长距离、网络化和低成本光纤传递提供新方法和关键技术支持。

项目研究中针对原子频标的高精度、长距离、网络化传递的需求，在光纤时频传递性能影响因素的建模与分析，高精度长距离光纤时间同步方法，高精度原子频标传递新方法和基于光载无线技术的频标产生与调控四个方面获得进展。.项目首先研究光强度噪声、色散、激光器波动和光纤温度变化对时频传递性能的影响，建立了光纤原子频标传递的理论模型；首次研究了光纤长距离时频传递系统中，地球自转Sagnac效应对时频传递性能的影响，得到了Sagnac效应导致的时频传递误差计算方法。.项目研究了光纤长距离授时方法，在400km光纤时频伺服传递实验中的授时误差峰峰值小于500ps；进行了300km光纤三级时频传递伺服级联实验，研究伺服传递拓展方式下的误差累积规律；提出并验证了基于SDH光网络中继桥接测量的高精度时频传递方法，为依托已有的SDH光网络进行大范围的时频传递与比对提供了有效途径；提出了一种基于单光子探测的光纤传输时间峰值扫描测量方法，该方法可在保证授时时延完全对称的前提下拓展授时距离。.项目研究论证了原子频标光纤终端站误差自感知、自补偿的方法，实验研究基于单向传递应用的相位波动残差的终端站测量方法，提出了光纤频标传递被动稳相方法；为解决多频点同时传递和捷变频标传递提出了混合频率调制传递方法；研究了基于波分复用光网络、终端辅助感知和误差补偿的多用户频标传递方法，给出了因色散温变导致的时频网络容量和性能极限；设计了基于超结构光纤光栅的皮秒量级可变延迟控制器和光学处理器件；提出了一种基于模拟数字信号时域间插的时间频率混合传递方法。.项目借鉴光载无线技术，研究原子频标注入锁定光电振荡器的高频点、低相噪的微波频标信号的产生、传递与调控方法；研究了基于光注入半导体激光器的高频点频标产生方法。.综上所述，项目研究期间除完成申报书中所约定的研究内容之外，还在长距离光纤授时、频标产生与调控和依托已有SDH光网络进行时频同步三个方面进行了较为深入地研究，在Sagnac效应对时频传递的影响，终端站感知补偿的单向时频传递和多点时频传递方面开展了创新性的工作，为光纤高精度时间频率传递的后续研究提供了技术储备。在国内外正式出版期刊发表学术论文26篇，其中SCI检索文章8篇（6篇二区），EI检索文章11篇，申请国家发明专利4项，参加国内外学术会议十余人次，培养硕士研究生7名，博士1名。