高精度时间频率同步的初步研究

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微波原子钟的频率准确度已经达到10-16的水平。光学频率标准正在迅速发展,准确度已经达到10-18量级。显然,目前基于卫星的链路无法满足这些时间频率传递的需求。随着光纤制造技术的改进和商用通信网络的发展,光纤因其低噪声,低损耗的特点,使其几乎可以在全世界范围内使用。因此,利用光纤链路来传输超稳时间频率信号成为人们广泛研究的热点。  本文回顾了时间频率同步的发展历史,为了满足国家重大科技基础设施(PGMF)项目对时间频率的需求,实现了基于900m实际铺设的光纤链路的时间频率传递。另外,为了满足不同实验室之间超稳激光的比对需求,实现了超窄线宽激光的长距离传递。  本文的主要内容如下:  1.搭建了引力中心大楼和山洞实验室之间450m的传递链路,可以传递光频,微波以及1PPS信号。  2.实现了900m光纤的时间同步。在基于铯束钟的本地时建立的基础上,采用White Rabbit技术,使用精密网络定时协议实现时间戳的同步以及数字双混频鉴相器将时间戳同步精度提高到亚纳秒量级,最终在同端测量秒脉冲偏差为43±17ps。  3.实现了900m光纤的频率传递。采用基于相位补偿的微波频率传输,实现了氢钟10MHz的高稳定度传递,测量了链路的残余噪声,输出的10MHz频率稳定度为3×10-14@1s,3×10-15@103s,输出的100MHz频率稳定度为9×10-15@1s,6×10-16@103s。  4.为了实现不同实验室之间超稳激光的比对,利用基于光纤噪声补偿的光频传递,将超稳激光光纤传输的附加噪声抑制到2.5×10-17@1s。
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