Субекти

Обобщение

Въведение

През последните десетилетия напредъкът в атомните/оптичните часовници доведе до нестабилност на честотата до 10 −15 –10 −18/s ниво 1, 2. Точността на предаване на тези честотни стандарти в конвенционалните схеми, базирани на разпространението на микровълнови печки в свободно пространство, не отговаря на изискването за сравнение и разпределение на такъв висококачествен честотен стандарт 3, 4, 5, 6. Тъй като влакнестата връзка е по-нечувствителна към нарушения на околната среда в сравнение с разпространението в свободно пространство, тя привлече многобройни изследвания за честотната дифузия и сравнение по оптичната мрежа 7, 8, 9, 10. По принцип има три схеми, адаптирани в дифузия на честота, базирана на оптични влакна, които са разработени успоредно за най-добра точност и простота. Тези режими са: RF модулиран непрекъснат вълнен (CW) лазер 11, 12, 13, 14, 15, standard стандарт на оптичната честота (оптичен часовник) 10, 16, 17, 18, 19 и ③ импулсни влакове със заключване на режим (или честотен гребен сегмент) 20, 21, 22, 23, 24. Освен това имаше и демонстрации на стабилно честотно разпределение през влакнеста мрежа със сложна топологична структура 25 .

За абсолютна синхронизация на времето на отдалечени места са необходими мониторинг и подравняване на времевите бази между две площадки в допълнение към честотната дифузия, която само синхронизира трептенията на "часовника". Предишна работа 26, 27 се фокусираше предимно върху характеризиране и контролиране на трептене или вариране на фазата, а не върху абсолютното подравняване на времевата база от 1 pps (импулс в секунда) и често се използваше техниката за еднопосочна обратна връзка и сравнение с 28. В резултат на това остатъчната разлика във времето в края на приемника е неизбежна. Наскоро групата MPQ демонстрира оптичен трансфер на време и честота по оптични връзки до 1840 км 17,29. Демонстрираната система обаче има за цел само да установи високо точно разпределение на честотата между две станции. Едновременният трансфер на време и честота през оптичната връзка в свободно пространство беше демонстриран от групата NIST 30 с използването на оптичната връзка в свободно пространство наскоро, системата стана по-конфигурируема и гъвкава. Максималната производителност ще бъде ограничена от атмосферната среда.

В този документ ние отчитаме система за синхронизация на времевата база с точност на скорост на трансфер, базирана на 31 схема за цифрова компенсация напред (FFDC) по 120 km влакнеста връзка чрез използване на лазерни импулси, заключени в режим. Предложената схема може да осигури решение за изграждане на мрежата за трансфер на честота във времето и може да бъде разширена до разпространението на множество възли. Измереното трептене при синхронизиране на времето е по-малко от 40 ps в края на ровера (RMS от 12 000 точки с данни). Отклонението във времето (TDEV) може да бъде намалено до 10-20 до 2000 s.

Резултати

време

В далечния край може да се играе атомният часовник. DWDM - Мултиплексиране с деление на дълги вълни.

Изображение в пълен размер

Изключително стабилен честотен трансфер с оптичен честотен гребен сегмент

MLFL: заключен влакнест лазерен режим; FM: честотен множител; FLOM-PD 20: оптичен микровълнов фазов детектор; MCU: микропроцесорен контролен блок; BS: сплитер за лъчи; PS: фотодетектор; EDFA: усилвател с влакна, легиран с ербий; FD: делител на честотата; DAQ: събиране на данни; FRM: модул за възстановяване на честота; LPF: нискочестотен филтър.

Изображение в пълен размер

Двупосочна синхронизация по време на влакна

когато нарастващият ръб на импулсите от 1 pps се подравнява дистанционно по време.

ИКТ: брояч на интервали от време; DFBL: лазер с разпределена обратна връзка; EOM: електрооптичен модулатор; SPGM: модул за синхронизиране на импулси; PDCM: модул за управление на импулсно закъснение; PGM: модул за генериране на импулси; OTM: оптичен приемо-предавателен модул.

Изображение в пълен размер

Измерване на фракционна честота и нестабилност във времето

Изображение в пълен размер

Измерванията на синхронизацията на времето бяха извършени чрез насочване на записа на интервалите от време, придобити от двата TIC в двата обекта. Както е показано на фиг. 5 (а), вариацията на закъснение от 120 km на свободно движещата се влакнеста връзка е приблизително 7,5 ns за времето от 36 000 s (12 000 точки за вземане на проби със скорост на вземане на проби 0,333 Hz). Като се вземе разликата между двете показания на TIC, може да се получи синхронизацията на времето, както е показано със синята линия на фиг. 5 (а). Коефициентът на RMS за синхронизация във времето е по-малък от 40 ps (средно 12 000 точки). Това подобрение във трептенето във времето може да бъде оценено и чрез отклонение във времето (TDEV), както е показано на фиг. 5 (b). Изчисленият TDEV е 1,6 ps за 100 s и спада до 0,6 ps за 1500 s.

( да се ) Измерената нестабилност на времето и стабилността на системата за дифузия на времето с 12 000 точки за вземане на проби при честота на вземане на проби от 0,333 Hz. Закъснението на оптичната връзка и синхронизирането на времето. Синята линия е прецизността на синхронизирането на времето. Червената и черната криви са съответно и. Те почти се припокриват, показвайки отличното време; ( б ) Отклонение във времето (TDEV) измерва нестабилността на трансфера на време със и без стабилизация на честотата.

Изображение в пълен размер

Дебатите

Демонстрирано е също така, че компенсацията на фазите и подравняването на времето могат да се извършват цифрово в отдалечения край. За разлика от централизираната схема за компенсация, при която локалният обект ще издържи на големи натоварвания на измервателни уреди при разширена влакнеста мрежа от множество възли, предложената от нас схема води до възможностите за ултра прецизност и прецизно глобално разпределение на времевата честота, навигационния спътник и дългите изходна интерферометрия.

Методи

Фазово откриване на шум със схема WDM.

В търговската връзка за влакна влакната не могат да бъдат съединени и всички FC връзки въвеждат отражение на повърхността, което се смесва със сигналите за обратна връзка и по този начин води до грешка при откриване. Следователно, ние използваме WDM, за да разделяме сигналите за напред и обратна връзка. В нашата система DWDM канал # 33 беше използван за пренасочване на заключения импулсен блок в режим на честота на повторение 100 MHz от LB1 до LB2, а канал # 34 беше използван за връщане на импулсния блок към LB1. Преобразуването на дължина на вълната от канал # 33 в канал # 34 беше постигнато чрез стартиране на регенериран импулсен механизъм, генериран от друг режим на блокиран влакнест лазер, легиран с ербий, чиято скорост на повторение беше блокирана към импулсния блок, препратен през друг FLOM-PD. Спектралният филтриращ ефект на DWDM също прави системата по-нечувствителна към дисперсията на влакната на дълги разстояния. Фазовият шум между локалния и върнатия сигнал се открива от честотен миксер. Предимството на тази WDM схема е, че предаваните и обратните сигнали са на една и съща влакнеста връзка, без да е необходимо сплайсинг и е по-практично.

Цифрова фазова стабилизация на обратното предаване

Целта на честотния трансфер е точно възпроизвеждане на локален честотен референтен сигнал в края на отдалечения потребител. Фазовият шум може да бъде открит чрез смесване на импулсите напред-назад в оптичния или радиочестотния домейн. В нашата 120-километрова връзка, варирането на дължината на влакната поради колебанията на околната среда може да бъде много по-голямо от компенсируемия обхват на традиционния екструдер за влакна или линия за забавяне. Следователно беше използвана водеща схема за цифрово фазово компенсиране. По-подробно, след като трептенето беше открито в локалния край (LB1), беше установена оптична комуникация, като се използва двойка стандартни оптични приемопредаватели с малка форма (SFP) на LB1 и LB2, съответно. Каналите с дължина на вълната # 36 и # 37 в мрежата на ITU WDM са използвани като дължини на вълната на носителя. След това откритият фазов шум се изпраща към отдалечения край чрез оптична комуникация. Получената информация се използва за управление на RF фазов превключвател (AD9910) за стабилизиране на трептенето 31 .

Синхронизация на времето

Определяме времето за преминаване на оптичния импулс през влакното от локално към отдалечено като

, и това в обратна посока като

Подобно на честотния трансфер, синхронизирането на времето се извършва с помощта на схемата FFDC. Изравняването на 1 pps времева база беше извършено в далечния край (LB2). Следователно, разликата във времето на

Коментари

Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и разпоредби. Ако откриете нещо злоупотребяващо или което не отговаря на нашите условия или насоки, моля, маркирайте го като неподходящо.