动态高精度频率传递网的研究

作     者：曹义尧 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：喻松

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：频率传递网络 被动补偿 相位噪声 

摘      要：在过去的二十年里,得益于原子频标与光学频率梳频率比对等领域的进步,计量学有了长足的发展。精确的频率传递对于大地测量、高分辨率射电天文学以及几乎所有精密测量应用的测度精度起关键作用。随着现代化发展,高精度频率传递在科学研究、工业生产、国防事业和日常生活等方方面面都有所应用,这要求未来的频率传递技术向着高精度,广范围,多节点的网络化方向发展。光纤具有损耗小、成本低、抗干扰能力强等优点,因此,以光纤作为媒介的频率传递网络是当前计量研究的热点。在光纤频率传递网络系统中,高精度的频率信号从基准节点向各同步节点传递,实现全网高精度频率同步。在此过程中,由于外界扰动的影响,如温度,振动等,频率基准信号会发生相位抖动,最终影响同步节点再生频率信号的稳定度。因此,需要在网络中引入补偿装置,以抑制传输产生的相位噪声。现有频率传递网络研究的网络架构较为简单,未考虑如可靠性、灵活性等现实应用需求。因此,需要设计合理的网络架构,提高频率传递网的适用性。为了实现高精度频率传递网的需求,本文采用商用光网络的光路交换、保护倒换技术和基于光学频率梳的相位补偿方案,提出了一种动态高精度频率传递网,为未来超稳定频率分发网络的建设提供了一种新的思路。本文的研究内容如下:1.针对光纤频率传递系统中由外界扰动带来的频率信号相位抖动问题,本文提出了一种基于光学频率梳的被动补偿方案。相较于传统基于光学频率和光载微波的补偿技术,该方案省去了远端节点的三倍频过程,简化了同步设备,此外,由于光学频率梳的特性,传输信号的信噪比更高。本文搭建了实际的点对点频率传递系统对方案进行了验证,结果证明,在20 km外的同步节点处,补偿后的频率信号比未补偿信号的百秒稳高一个量级,该相位补偿方案能够有效地抑制相位噪声。2.针对现有频率传递网络研究只涉及基本的网络拓扑、可靠性与灵活性低的不足,本文提出了一种动态高精度频率传递网络,并详细介绍了网络的组成,架构和关键技术。在实验中,搭建了实际的多节点网络系统,对网络性能进行测试和分析。结果表明,本文提出的频率传递网络可以实现全网节点高精度频率同步,20 km外同步节点的频率稳定度为9.2 × 10-17/102s;网络中各节点工作互不干扰;网络具有动态性,支持网络结构的更新和节点间通信链路的保护倒换。