研究目的
为实现欧洲多合作伙伴时钟比对的双分支光纤链路,重点关注系统搭建、稳定性、准确性、正常运行时间及不确定度。
研究成果
双分支光纤链路实现了2×10^{-19}的频率传递不确定度与90%的综合运行率,为高性能光学时钟比对提供了支持。该研究推动了计量学领域稳健光纤网络的发展,并为国际单位制秒的重新定义奠定基础。未来改进应聚焦于提升自动化水平、降低环境噪声,以及集成白兔协议等带内定时解决方案。
研究不足
中继站之间5米长的短链路会因环境噪声和温度变化出现频率波动,需进行后处理补偿;伺服环路失锁和周跳会影响正常运行时间;射频参考的稳定性和准确性可能限制测量精度;未补偿的光纤路径及部分设置中缺乏全自动功能会降低系统鲁棒性。
1:实验设计与方法选择:
实验采用双分支光纤链路设置,包含主动与被动补偿方法(如锁相环和双向噪声补偿技术)。
2:样本选择与数据来源:
数据采集自2017年NPL、SYRTE和PTB时钟对比实验,使用连续12天和27天的数据集进行运行时间分析。
3:实验设备与材料清单:
包括194.4-THz超稳激光器、从激光器、光学频率梳、氢脉泽钟、单模光纤、中继激光站、光学耦合器、声光调制器(AOM)、法拉第镜、光电二极管、相位频率计数器(K+K Messtechnik FXE)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分插复用器(OADM)及温控箱。
4:4-THz超稳激光器、从激光器、光学频率梳、氢脉泽钟、单模光纤、中继激光站、光学耦合器、声光调制器(AOM)、法拉第镜、光电二极管、相位频率计数器(K+K Messtechnik FXE)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分插复用器(OADM)及温控箱。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:超稳激光经相位锁定后注入光纤;两个中继站处理至斯特拉斯堡和维莱特纳兹的长距离链路;通过改进双向法(结合AOM和法拉第镜)测量并补偿频率波动;以1秒门控时间采集数据,分析稳定性与精度。
5:数据分析方法:
采用艾伦偏差、修正艾伦偏差、直方图、滚动均值及标准差分析数据;过滤异常值,并基于数据筛选流程评估运行时间。
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phase-frequency counter
FXE
K+K Messtechnik
Counting the round-trip delay fluctuations with 1-s gate time for frequency measurement.
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GPS receiver
OSA 5201
Oscilloquartz
Providing RF reference signal for frequency counting, with long-term stability of about 3×10^{-13} after 1-day integration.
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erbium-doped fiber amplifier
Compensating for losses in the optical fiber links.
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optical add-drop multiplexer
Enabling parallel data traffic and other services on the fiber network.
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acousto-optic modulator
Shifting the frequency offset of the laser light, e.g., at 37 MHz for the lower station.
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Faraday mirror
Reflecting laser light back for round-trip delay measurement in the two-way compensation method.
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photodiode
Detecting optical signals and converting them to electrical signals for measurement.
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ultrastable laser
Providing a stable optical frequency reference at 194.4-THz for the fiber links.
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optical frequency comb
Measuring the drift of the slave laser versus an H-maser for active dedrifting.
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H-maser
Serving as a frequency reference for drift measurement.
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