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光纤频率传输技术因为其具有传输精度高、距离长、抗干扰性好等优点,其相应内容成为目前的研究热点之一,研究成果也具有很强的应用价值。本论文针对这一领域,着重研究在应用不同激光源(锁模激光器和连续光激光器)以及在不同传输信道(较理想光纤和实际通信光纤)时,现有传输技术中存在的若干限制传输精度的问题;论文针对这些问题,利用理论推导、数学建模、模拟仿真等手段进行了详细分析,并提出了解决问题的技术途径;最后,论文设计了具有特定功能的新型光电结构与电路系统,有效的克服了这些问题,相应的新型技术的传输质量相比以往研究有了明显的提高。论文的具体内容包括: 1、针对锁模激光器为光源的频率传输技术中,微波信号进行精密光调制(即精密激光器稳定)这一方面存在的限制传输精度的问题,提出了一种新型的精密调制技术,实现了高稳定激光光源的产生。传统的激光器稳定方法通常基于使用压电陶瓷来物理性地调节腔长。然而,压电陶瓷具有反应时间长、可调分辨率大、以及对电控信号较为敏感这三个问题,会降低锁定的精度。论文利用理论推导、数学建模、模拟仿真等手段,深入研究了这些问题,并分析了它们对系统稳定性能带来的影响;为了解决这些问题,论文从理论分析与实验验证两方面出发,探究了激光器腔内光强与腔体折射率的关系这一科学问题,提出了利用泵浦源强度调控腔体折射率来调整激光器输出频率稳定的方法,并通过计算和实验证明了使用此种方法可获得更高的锁定精度;在此基础上,通过搭建特定的光电结构与电路系统,实现了使用压电陶瓷长度与泵浦源强度联合调控的新型锁定系统。新锁定系统与传统系统相比,明显降低了锁定信号的相位噪声,锁定性能与国际一流研究相比也达到了较好水平。 2.针对以锁模激光器为光源的频率传输技术中,对光纤链路抖动与漂移进行补偿这一方面存在的限制传输精度的问题,提出了一种新型的补偿机制,实现了高精度的链路稳定。已有的研究成果,虽然解决了传统补偿机制受限光程调整器件调整范围的限制这一问题,然而在补偿精度上仍受到激光器传统控制方法(基于控制压电陶瓷长度)的制约;论文继而对这一问题进行了深入分析,从理论和实验两方面下手,验证了原有机制在补偿精度上的不足;为了解决这一问题,论文通过理论计算和实验分别比较了泵浦源强度调控与压电陶瓷长度控制这两种机制的补偿精度,得到了利用泵浦源调控可获得更稳定补偿效果的结论。最终,通过设计新型的光电结构与电路系统,论文实现了利用泵浦源强度与压电陶瓷长度联合调控的新型链路补偿机制,并进行了实验。实验结果与已有研究相比,明显提高了接收信号的稳定度(阿伦方差提升超过1个量级),传输性能与国际一流研究相比也达到了较好水平。 3.针对以连续光激光器为光源的频率传输技术中,对光纤链路抖动与漂移进行补偿这一方面存在的限制传输精度的问题,提出了两种新型的补偿机制,实现了长时间和高精度的链路稳定。研究的主要内容包括两部分: 第一部分研究主要针对传统链路补偿机制的补偿范围与工作时间有限这一问题。传统机制主要利用光程调整器件调节光程来补偿链路的抖动和漂移。然而这类器件可调范围有限,因此制约了补偿的范围和连续工作的时间。为了解决这一问题,论文提出了直接控制传输微波信号的相位来进行实时链路补偿的新思想;基于这一思想,设计和搭建了特定的电路系统对信号进行数字相位精确控制,实现了新型的链路稳定机制,并在实验室光纤与实际通信光纤上均进行了实验。实验结果与已有研究相比,明显提高了补偿的范围与连续补偿时间,实现了对传统补偿机制补偿范围有限这一问题的克服。 第二部分的研究是在第一部分研究基础上的深化。主要的研究内容是在克服了补偿范围有限的问题后,如何解决光纤内因接口熔接不理想、光纤接头拼接以及非线性带来的光反射与散射现象对补偿精度造成影响这一问题。光纤内的这些现象,会影响补偿回路探测信号的信噪比,降低了补偿精度。论文针对这一问题,提出了在不同传播方向上加载不同频率、相位相干的微波信号进行传输的思想;并创新性地将飞秒脉冲光引入到系统中,增加了传输与探测信号的信噪比;基于这些思想,设计和搭建了特定的光电结构与电路辅助系统,实现了新型的链路稳定机制,并在包含不理想结点的光纤上进行了实验。实验结果验证了系统可在不理想传输信道内正常工作,克服了不理想因素带来的问题。同时传输性能与国际一流研究相比也达到了较好水平。 论文的研究内容克服了不同条件与场合下,现有光纤频率传输机制中的若干限制传输精度的问题,获得了传输精度的提高。研究成果可以直接应用于实际场合,如多个实验室与工作站之间进行精确频率信息共享与同步工作、粒子加速器以及激光器协同工作等大型物理实验中,具有较高的科学意义及使用价值。