论文部分内容阅读
目前,光钟的频率不稳定度和不确定度均已达到10-18量级,它有可能成为下一代时间频率标准。利用如此高精度的频率标准,可以发现新的物理现象和规律。如果将不同地点的光钟连接在一起,将在测地学、精密测量、基本物理理论验证等领域发挥重要作用。然而基于卫星的频率传递系统的频率传输不稳定度目前只达到10-16,无法满足高精度光钟的传输需求。基于光纤的光频传输系统的不稳定度及不确定度均能达到10-19量级,能满足光钟信号的传递与比对需求。在光频标光纤精密传输系统中,如何建立光钟与光通讯激光的频率联系以及消除光纤引入的传输激光位相噪声是实现光频标远程传输的两项关键技术。本文首先建立了光纤通讯波段的窄线宽激光系统。采用PDH技术将1557 nm激光的频率高精度地锁定在10 cm长的FP光学谐振腔的谐振频率上,实现光纤通讯波段的窄线宽稳频激光输出。通过两套相同的稳频激光之间的频率比对,证明单套稳频激光的最可几线宽达到0.26 Hz、频率不稳定度为8×10-16（1-30 s平均时间）,接近FP光学谐振腔热噪声限制的频率稳定度。在1557 nm窄线宽稳频激光的基础上,后续可通过飞秒光梳实现光钟与光纤通讯激光之间的频率联系。其次,为了消除光纤引入的传输激光位相噪声,本文分别研制了基于发射端控制的光频光纤精密传输系统以及基于接收端控制的光频光纤精密传输系统。建立了75 km发射端控制的光频光纤精密传输系统,证明由光纤传输引起的附加频率不稳定度为2.6×10-17（1 s平均时间）和5.1×10-19（5000 s平均时间）,传输引起的频率不确定度达到2.2×10-19。建立了50 km+50 km有中继接力的、光频光纤精密传输系统,由光纤传输引入的频率不稳定度达到5.5×10-17（1 s平均时间）和5.5×10-19（104 s平均时间）,传输引起的频率不确定度为3.1×10-19。为了有效地实现“一对多”的光频传输,本文在基于接收端控制的光频光纤传输方案的基础上,消除了由于接收端的频率基准与发送端的不同而引起的光频传输误差。采用该技术,分别建立了25 km和50 km的基于接收端控制的光频光纤精密传输系统。证明了由上述光纤传输系统引入的频率不稳定度为（2-4）×10-17（1 s平均时间）和1×10-19（1000 s平均时间）,由传输引起的频率不确定度优于3.0×10-19。基于接收端控制的光频光纤精密传输系统可由接收端独立抑制光纤噪声,但是该系统的控制带宽小于由发射端控制的光频光纤精密传输系统。上述研究结果表明,基于发射端控制的以及基于接收端控制的光频光纤精密传输系统均能传输目前世界上最好的光钟信号。