CN108427234A - 一种基于光学频率梳的超高精度基准源 - Google Patents

一种基于光学频率梳的超高精度基准源 Download PDF

Info

Publication number
CN108427234A
CN108427234A CN201710076298.8A CN201710076298A CN108427234A CN 108427234 A CN108427234 A CN 108427234A CN 201710076298 A CN201710076298 A CN 201710076298A CN 108427234 A CN108427234 A CN 108427234A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
signal
optical
light comb
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710076298.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108427234B (zh
Inventor
吕博
胡昌军
潘峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Original Assignee
China Academy of Telecommunications Research CATR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Telecommunications Research CATR filed Critical China Academy of Telecommunications Research CATR
Priority to CN201710076298.8A priority Critical patent/CN108427234B/zh
Publication of CN108427234A publication Critical patent/CN108427234A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108427234B publication Critical patent/CN108427234B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/02—Frequency-changing of light, e.g. by quantum counters
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/02—Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information
    • H04L7/033—Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information using the transitions of the received signal to control the phase of the synchronising-signal-generating means, e.g. using a phase-locked loop

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于光学频率梳的超高精度基准源，解决频率基准源时间同步精度不高的问题。所述基于光学频率梳的超高精度基准源，包括时钟本振单元、倍频单元、高频基准源、第一分频器、第二分频器和本地时标生成单元，所述高频基准源包括锁模激光器、光放大器、非线性光学单元、第一光学拍频器、第二光学拍频器、窄线宽激光器、第一光电转换器、第二光电转换器和电压控制单元。本申请与目前基于高品质铯钟的实现装置相比，同步精度及守时精度可由±30ns提高至亚ns量级，并且本身不依赖铯钟，采用低成本、低精度的铷原子钟即可满足超高精度同步指标要求。

Description

一种基于光学频率梳的超高精度基准源
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种高精度频率基准源。
背景技术
通信技术及通信业务的加速发展对高精度同步技术提出了更高的要求。频率基准源生成技术是时间同步技术的基础，也是诸多超高精度时间同步需求实现的关键。目前商用的高精度基准源技术根据ITU-T G.811标准建议主要采用铯原子钟作为最终的自主基准源，通过锁相环技术驯服铷原子钟后组成PRC设备为通信网的其他同步设备、传输设备或业务网设备提供定时信号，但这种基准源时间同步精度不高，提供的±100ns定时精度难以满足未来超高精度同步要求。
为了满足诸多新业务和新技术驱动的超高精度同步需求，提高基准源头的精度势在必行。
在过去的十年里，光学频率梳和“光钟”为超高精度同步实现开启了另一扇窗，采用皮秒/飞秒的梳状锁模激光器和非线性光学倍频技术后，在光域实现对光梳的重复频率和偏置频率的精确控制，从而为微波频率的原子钟锁定的窄线宽连续激光提供了有力的转换桥梁。光钟与原子微波钟不同，与原子微波钟相比，光钟的稳定性、精度和位相噪声都至少有数量级的改善。然而，目前该技术除了在精密计量、精密定位、高分辨率光谱、引力波测量、原子冷却及量子光学、纳米材料科学、大气光学、环境科学、生命科学研究应用、全球定位系统和军事科学领域取得了前沿性应用外，尚未应用于通信网及电信级同步网中。
发明内容
有鉴于此，为解决频率基准源时间同步精度不高的问题，本发明提出了一种基于光学频率梳的超高精度基准源。
本申请实施例提供了一种基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，包括时钟本振单元、倍频单元、高频基准源、第一分频器、第二分频器和本地时标生成单元；所述时钟本振单元，用于以输入的频率参考信号为基准，通过锁相环技术对时钟本振进行驯服，得到中频基准信号，输出到所述倍频单元；所述倍频单元，用于对所述中频基准信号进行倍频转换，得到频率驱动信号，输出到所述高频基准源；所述高频基准源，通过输入的所述驱动信号触发锁模激光器，产生光学频率梳信号，再经变频处理，得到高频基准信号，输出到所述第一分频器，所述高频基准信号的频率范围为200M～10GHz；所述第一分频器，用于接收所述高频基准信号，并将所述高频基准信号进行分频处理，得到所述频率参考信号，输出到第二分频器和所述时钟本振单元，所述频率参考信号的频率为10MHz；所述第二分频器，用于接收所述频率参考信号，并将所述频率参考信号进行分频处理，得到1PPS内部输入参考信号，输出到所述本地时标生成单元；所述本地时标生成单元，用于接收所述1PPS内部输入参考信号和1PPS外部输入参考信号并进行相位比对，调节比对后的相位差，输出1PPS相位基准信号。
进一步地，本申请的实施例提供了一种基于光学频率梳的超高精度基准源，其中，所述高频基准源，包括锁模激光器、光放大器、非线性光学单元、第一光学拍频器、第二光学拍频器、窄线宽激光器、第一光电转换器、第二光电转换器和电压控制单元；所述锁模激光器，用于接收所述频率驱动信号，并在频率驱动信号的驱动下得到原始光梳信号，输出到所述光放大器、第一光学拍频器和第二光学拍频器；所述光放大器，用于接收所述原始光梳信号并将原始光梳信号进行光功率放大，得到内部光梳信号，输出到所述非线性光学单元；所述非线性光学单元，用于接收所述内部光梳信号并将内部光梳信号进行倍频处理，得到光梳倍频信号，输出到所述第一光学拍频器；所述第一光学拍频器，用于接收所述光梳倍频信号及所述原始光梳信号，并将光梳倍频信号与原始光梳信号做差频处理，得到光梳偏置频率分量信号，输出到所述第一光电转换器；所述第一光电转换器，用于接收所述光梳偏置频率分量信号并将光梳偏置频率分量信号转换为光梳偏置电信号，输出到所述电压控制单元；所述电压控制单元，用于接收所述光梳偏置电信号，并将光梳偏置电信号转换为电压控制信号，输出到所述锁模激光器，反向控制所述锁模激光器的偏置电压；所述窄线宽激光器，用于产生特定波长的直流光信号，输出到所述第二光学拍频器；所述第二光学拍频器，用于接收所述原始光梳信号及所述特定波长的直流光信号，并将原始光梳信号和特定波长的直流光信号做差频处理，得到拍频光信号，输出到所述第二光电转换器；所述第二光电转换器，用于接收所述拍频光信号，并将拍频光信号进行光电转换，得到拍频电信号作为所述高频基准信号输出。
可选择地，本申请的实施例中所述高频基准源，包括锁模激光器、光放大器、非线性光学单元、第一光学拍频器、第一光电转换器和电压控制单元；所述锁模激光器，用于接收所述频率驱动信号，并在频率驱动信号的驱动下得到原始光梳信号，输出到所述光放大器、第一光学拍频器和第二光学拍频器；所述光放大器，用于接收所述原始光梳信号并将原始光梳信号进行光功率放大，得到内部光梳信号，输出到所述非线性光学单元；所述非线性光学单元，用于接收所述内部光梳信号并将内部光梳信号进行倍频处理，得到光梳倍频信号，输出到所述第一光学拍频器；所述第一光学拍频器，用于接收所述光梳倍频信号及所述原始光梳信号，并将光梳倍频信号与原始光梳信号做差频处理，得到光梳偏置频率分量信号，输出到所述第一光电转换器；所述第一光电转换器，用于接收所述光梳偏置频率分量信号，并将光梳偏置频率分量信号转换为光梳偏置电信号作为所述高频基准信号输出，同时将所述光梳偏置电信号输出到所述电压控制单元；所述电压控制单元，用于接收所述光梳偏置电信号，并将光梳偏置电信号转换为电压控制信号，输出到所述锁模激光器，反向控制所述锁模激光器的偏置电压。
与目前基于高品质铯钟的实现装置相比，本申请的同步精度及守时精度由±30ns可提高至亚ns量级，并且本身不依赖铯钟，采用低成本、低精度的铷原子钟即可满足超高精度同步指标要求。同时，本申请在现有的时间服务器实现模型基础上，引入了光学频率梳技术，通过光学频率梳对拍频信号测量后，间接实现本地铷钟对窄线宽连续激光器的锁定。本发明至少一个实施例可达到以下有益效果：
锁定后由于激光器的线宽在Hz量级，中心波长在百THz量级，因此本发明所实现的高频基准信号准确度在N×E-15量级，优于高品质铯钟2～3个数量级；同时，光频信号的基底噪声远远优于微波原子钟噪声水平，由非线性光学倍频及差频实现的“光鉴相器”信噪比也远高于电域鉴相器水平，因此频率稳定度方面与铯钟相比也有大幅度提升。
通过光学频率梳生成高频基准信号后，本发明又将该高频基准信号产生的1PPS内部输入参考信号与1PPS外部输入参考信号进行相位对齐，由于频率准确度及稳定度的显著提升，该频率基准源生成的1PPS相位基准信号可提高至亚皮秒量级，为未来超高精度时间同步技术实现提供准确可靠的相位参考信号。
由于光学频率梳对驱动锁模激光器的本振时钟性能要求不高，采用铷钟即可满足超高精度同步指标要求，对钟源的成本要求低。同时在本发明中由于本地铷钟前置于光学频率梳单元共同组成反馈闭环后，当铷钟或窄线宽激光器短时间工作在非稳态时，通过闭环反馈控制仍然可保证频率基准的稳定度，对频率输出性能的影响较小。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1为ITU-T G.811标准中规定的一级频率基准源；
图2为ITU-T G.811标准中规定的另一种一级频率基准源；
图3为基于光学频率梳的超高精度基准源实现装置；
图4为高频基准源实施例；
图5为高频基准源另一实施例。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1是ITU-T G.811标准中规定的一级频率基准源。所述一级频率基准源，包括时间恢复单元101，时钟本振单元102，本地时标生成单元103，相位信号单元104，频率接口单元105；所述时间恢复单元101用于对接收到的外部信号进行处理，得到时间溯源信息和1PPS外部输入参考信号，输出到所述时钟本振单元102，同时，所述1PPS外部输入参考信号还输出到本地时标生成单元103；所述时钟本振单元102，用于以输入的频率参考信号或所述1PPS外部输入参考信号为基准，通过锁相环技术对时钟本振进行驯服，得到中频基准信号，输出到所述本地时标生成单元103和频率接口单元105；所述本地时标生成单元103，用于接收所述中频基准信号和所述1PPS外部输入参考信号，并对中频基准信号进行分频处理，转化为1PPS内部输入参考信号，并与所述1PPS外部输入参考信号进行相位比对，调节比对后的相位差，得到1PPS相位基准信号，输出到所述相位信号单元104；所述相位信号单元104，用于对所述1PPS相位基准信号进行端口扩展和脉冲整形，为同步设备提供基准或作为调测接口使用；所述频率接口单元105，用于接收所述中频基准信号，并对所述中频基准信号进行端口扩展和信号整形，转换为标准频率信号并输出。本实施例中所述的外部信号可以是GNSS卫星信号。
图2是ITU-T G.811标准中规定的另一种一级频率基准源。本实施例中的一级频率基准源，包括时间恢复单元201，时钟本振单元202，本地时标生成单元203，相位信号单元204，频率接口单元205；所述时间恢复单元201用于对接收到的外部信号进行处理，得到时间溯源信息和1PPS外部输入参考信号，输出到所述时钟本振单元202，同时，所述1PPS外部输入参考信号还输出到本地时标生成单元203；所述时钟本振单元202，用于接收所述频率参考信号或选择性接收所述1PPS外部输入参考信号，并通过锁相环技术对时钟本振进行驯服，得到中频基准信号，输出到所述本地时标生成单元203和频率接口单元205；所述频率参考信号是由高品质铯原子钟206提供的10MHz或1PPS信号；所述本地时标生成单元203，用于接收所述中频基准信号和所述1PPS外部输入参考信号，并对中频基准信号进行分频处理，转化为1PPS内部输入参考信号，并与所述1PPS外部输入参考信号进行相位比对，调节比对后的相位差，得到1PPS相位基准信号，输出到所述相位信号单元204；所述相位信号单元204，用于对所述1PPS相位基准信号进行端口扩展和脉冲整形，为同步设备提供基准或作为调测接口使用；所述频率接口单元205，用于接收所述中频基准信号，并对所述中频基准信号进行端口扩展和信号整形，转换为标准频率信号并输出。本实施例中所述的外部信号可以是GNSS卫星信号。
图3是基于光学频率梳的超高精度基准源实现装置，提供了一种基于光学频率梳的超高精度基准源实现装置，包括时钟本振单元301、倍频单元302、高频基准源303、第一分频器304、第二分频器305和本地时标生成单元306。
所述时钟本振单元301，用于以输入的频率参考信号为基准，通过锁相环技术对时钟本振进行驯服，得到中频基准信号，输出到所述倍频单元302。
所述时钟本振单元301优选铷原子钟或高稳晶振，其频率准确度优选在N×E-11水平。
所述频率参考信号优选10MHz。
所述倍频单元302，用于对所述中频基准信号进行倍频转换，得到频率驱动信号(频率为freq)，输出到所述高频基准源303。
所述高频基准源303，通过输入的所述频率驱动信号触发锁模激光器，产生光学频率梳信号，再经变频处理，得到高频基准信号，输出到所述第一分频器304，所述高频基准信号的频率范围为200M～10GHz。
所述第一分频器304，用于接收所述高频基准信号，并将所述高频基准信号进行分频处理，得到所述频率参考信号，输出到第二分频器305和所述时钟本振单元301，所述频率参考信号的频率为10MHz。
所述第二分频器305，用于接收所述频率参考信号，并将所述频率参考信号进行分频处理，得到1PPS内部输入参考信号，输出到所述本地时标生成单元306。
所述第一分频器304、第二分频器305优选数字频率综合器。
优选地，所述基于光学频率梳的超高精度基准源，还包括频率接口单元308，用于接收所述频率参考信号，并对所述频率参考信号进行端口扩展和信号整形，转换为标准频率信号并输出。
所述标准频率信号优选2Mbps、2MHz或syncE。
所述本地时标生成单元306，用于接收所述1PPS内部输入参考信号和1PPS外部输入参考信号并进行相位比对，调节比对后的相位差，输出1PPS相位基准信号。
优选地，所述基于光学频率梳的超高精度基准源，还包括相位信号单元307，用于对所述1PPS相位基准信号进行端口扩展和脉冲整形，为同步设备提供基准或作为调测接口使用。
图4是高频基准源实施例，提供了一种高频基准源303，包括锁模激光器409、光放大器410、非线性光学单元411、第一光学拍频器412、第一光电转换器413、电压控制单元414、窄线宽激光器415、第二光学拍频器416和第二光电转换器417，
所述锁模激光器409，用于接收所述频率驱动信号(频率为freq)，并在所述频率驱动信号的驱动下得到原始光梳信号(光梳峰值频率为fn，其中n为整数序列)，输出到所述光放大器410、第一光学拍频器412和第二光学拍频器416。
所述光放大器410，用于接收所述原始光梳信号进行光功率放大，得到内部光梳信号，输出到所述非线性光学单元411。
所述非线性光学单元411，用于接收所述内部光梳信号并将内部光梳信号进行倍频处理，得到光梳倍频信号(光梳的峰值频率为f2n，其中n为整数序列)，输出到所述第一光学拍频器412。
所述第一光学拍频器412，用于接收所述光梳倍频信号及所述原始光梳信号，并将所述光梳倍频信号与所述原始光梳信号做差频处理，得到光梳偏置频率分量信号，输出到所述第一光电转换器413。
所述第一光电转换器413，用于接收所述光梳偏置频率分量信号并将光梳偏置频率分量信号(中心频率为f0)转换为光梳偏置电信号，输出到所述电压控制单元414。
所述电压控制单元414，用于接收所述光梳偏置电信号，并将光梳偏置电信号转换为电压控制信号，输出到所述锁模激光器409，反向控制所述锁模激光器409的偏置电压并微调锁模激光器409的腔长及偏振态等参数，从而间接控制频率驱动信号和光梳偏置频率分量信号。装置409、410、411、412、413、414共同组成光梳控制反馈闭环系统，可实现所述锁模激光器的稳定控制。
所述窄线宽激光器415，用于产生特定波长的直流光信号(中心频率为fcw)，输出到所述第二光学拍频器416。
优选的，所述特定波长的直流光信号，线宽在Hz量级，优选C波段的1550nm(波长)直流光。
所述第二光学拍频器416，用于接收所述原始光梳信号及所述特定波长的直流光信号，并将原始光梳信号和特定波长的直流光信号做差频处理，得到拍频光信号(包络频率为fbeat)，输出到所述第二光电转换器417。
所述第二光电转换器417，用于接收所述拍频光信号，并将拍频光信号进行光电转换，得到拍频电信号(中心频率为fbeat)作为所述高频基准信号输出。
所述锁模激光器409在时域可生成皮秒级的光脉冲信号，对应频域为超宽带输出梳状光谱，对应频域原始光梳信号的峰值频率，表示为
fn＝n×freq+f0 公式1
其中，freq为所述频率驱动信号，f0为光梳偏置电信号，n为整数序列，代表锁模激光器409的多个模式。
所述非线性光学单元411优选具有高非线性系数的光子晶体光纤，利用光学飞线性效应，如自相位调制(SPM：Self-Phase Modulation)，在特定的频段内会发送能量交互，对所述原始光梳信号fn进行倍频处理，生成光梳倍频信号f2n，其中
f2n＝2×n×freq+2×f0 公式2
所述光梳偏置电信号为
f0＝2×n×freq+2×f0-(2×n×freq+f0) 公式3
所述窄线宽激光器415产生的直流光信号为
fcw＝N×freq±f0±fbeat 公式4
公式4中，N为正整数，是表示光梳信号中第N个峰值。
图5是高频基准源另一实施例，提供了一种高频基准源303，包括锁模激光器509、光放大器510、非线性光学单元511、第一光学拍频器512、第一光电转换器513、电压控制单元514。
所述锁模激光器509，用于接收所述频率驱动信号(频率为freq)，并在所述频率驱动信号的驱动下得到原始光梳信号(光梳的峰值频率为fn，其中n为整数序列)，输出到所述光放大器510、第一光学拍频器512和第二光学拍频器。
所述光放大器510，用于接收所述原始光梳信号并将原始光梳信号进行光功率放大，得到内部光梳信号，输出到所述非线性光学单元511。
所述非线性光学单元511，用于接收所述内部光梳信号并将内部光梳信号进行倍频处理，得到光梳倍频信号(光梳的峰值频率为f2n，其中n为整数序列)。
所述第一光学拍频器512，用于接收所述光梳倍频信号及所述原始光梳信号，并将光梳倍频信号与原始光梳信号做差频处理，得到光梳偏置频率分量信号，输出到所述第一光电转换器513。
所述第一光电转换器513，用于接收所述光梳偏置频率分量信号(中心频率为f0)，并将光梳偏置频率分量信号转换为光梳偏置电信号作为所述高频基准信号输出，同时将所述光梳偏置电信号输出到所述电压控制单元514。
所述电压控制单元514，用于接收所述光梳偏置电信号，并将光梳偏置电信号转换为电压控制信号，输出到所述锁模激光器509，反向控制所述锁模激光器509的偏置电压，并微调锁模激光器509的腔长及偏振态等参数，从而间接控制频率驱动信号和光梳偏置频率分量信号，装置509、510、511、512、513、514共同组成光梳控制反馈闭环系统，可实现光梳的稳定控制。
需要说明的是，图4所示窄线宽激光器、第二光学拍频器、第二光电装唤器，也可用于图5的实施例。所述窄线宽激光器，用于产生特定波长的直流光信号fcw，输出到所述第二光学拍频器；优选的，所述产生特定波长的直流光信号fcw线宽在Hz量级，优选C波段的1550nm直流光。
所述第二光学拍频器，用于接收所述原始光梳信号及所述特定波长的直流光信号(频率为fcw)，并将原始光梳信号第N个峰值(N为正整数)和特定波长的直流光信号(频率为fcw)做差频处理，得到拍频光信号，输出到所述第二光电转换器。
所述第二光电转换器用于接收所述拍频光信号(包络频率为fbeat)，并将拍频光信号进行光电转换，输出拍频电信号，
fbeat＝N×freq±f0±fcw 公式5
其中，频频信号作为检测的残余信号，当fbeat＝0时，窄线宽激光器输出的直流光信号(中心频率为fcw)与原始光梳信号第N个峰值的谱线重合，可表示为
fcw＝N×freq±f0 公式6
可通过外置检测装置对fbeat进行检测，通过对残余信号的检测，控制f0，
f0＝N×freq±fcw 公式7
最终使反馈系统锁定窄线宽激光器。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，包括时钟本振单元、倍频单元、高频基准源、第一分频器、第二分频器和本地时标生成单元；
所述时钟本振单元，用于以输入的频率参考信号为基准，通过锁相环技术对时钟本振进行驯服，得到中频基准信号，输出到所述倍频单元；
所述倍频单元，用于对所述中频基准信号进行倍频转换，得到频率驱动信号，输出到所述高频基准源；
所述高频基准源，通过输入的所述驱动信号触发锁模激光器，产生光学频率梳信号，再经变频处理，得到高频基准信号，输出到所述第一分频器，所述高频基准信号的频率范围为200M～10GHz；
所述第一分频器，用于接收所述高频基准信号，并将所述高频基准信号进行分频处理，得到所述频率参考信号，输出到第二分频器和所述时钟本振单元，所述频率参考信号的频率为10MHz；
所述第二分频器，用于接收所述频率参考信号，并将所述频率参考信号进行分频处理，得到1PPS内部输入参考信号，输出到所述本地时标生成单元；
所述本地时标生成单元，用于接收所述1PPS内部输入参考信号和1PPS外部输入参考信号并进行相位比对，调节比对后的相位差，输出1PPS相位基准信号。
2.根据权利要求1所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述高频基准源包括锁模激光器、光放大器、非线性光学单元、第一光学拍频器、第二光学拍频器、窄线宽激光器、第一光电转换器、第二光电转换器和电压控制单元；
所述锁模激光器，用于接收所述频率驱动信号，并在频率驱动信号的驱动下得到原始光梳信号，输出到所述光放大器、第一光学拍频器和第二光学拍频器；
所述光放大器，用于接收所述原始光梳信号并将原始光梳信号进行光功率放大，得到内部光梳信号，输出到所述非线性光学单元；
所述非线性光学单元，用于接收所述内部光梳信号并将内部光梳信号进行倍频处理，得到光梳倍频信号，输出到所述第一光学拍频器；
所述第一光学拍频器，用于接收所述光梳倍频信号及所述原始光梳信号，并将光梳倍频信号与原始光梳信号做差频处理，得到光梳偏置频率分量信号，输出到所述第一光电转换器；
所述第一光电转换器，用于接收所述光梳偏置频率分量信号并将光梳偏置频率分量信号转换为光梳偏置电信号，输出到所述电压控制单元；
所述电压控制单元，用于接收所述光梳偏置电信号，并将光梳偏置电信号转换为电压控制信号，输出到所述锁模激光器，反向控制所述锁模激光器的偏置电压；
所述窄线宽激光器，用于产生特定波长的直流光信号，输出到所述第二光学拍频器；
所述第二光学拍频器，用于接收所述原始光梳信号及所述特定波长的直流光信号，并将原始光梳信号和特定波长的直流光信号做差频处理，得到拍频光信号，输出到所述第二光电转换器；
所述第二光电转换器，用于接收所述拍频光信号，并将拍频光信号进行光电转换，得到拍频电信号作为所述高频基准信号输出。
3.根据权利要求1所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述高频基准源包括锁模激光器、光放大器、非线性光学单元、第一光学拍频器、第一光电转换器和电压控制单元；
所述锁模激光器，用于接收所述频率驱动信号，并在频率驱动信号的驱动下得到原始光梳信号，输出到所述光放大器、第一光学拍频器和第二光学拍频器；
所述光放大器，用于接收所述原始光梳信号并将原始光梳信号进行光功率放大，得到内部光梳信号，输出到所述非线性光学单元；
所述非线性光学单元，用于接收所述内部光梳信号并将内部光梳信号进行倍频处理，得到光梳倍频信号，输出到所述第一光学拍频器；
所述第一光学拍频器，用于接收所述光梳倍频信号及所述原始光梳信号，并将光梳倍频信号与原始光梳信号做差频处理，得到光梳偏置频率分量信号，输出到所述第一光电转换器；
所述第一光电转换器，用于接收所述光梳偏置频率分量信号，并将光梳偏置频率分量信号转换为光梳偏置电信号作为所述高频基准信号输出，同时将所述光梳偏置电信号输出到所述电压控制单元；
所述电压控制单元，用于接收所述光梳偏置电信号，并将光梳偏置电信号转换为电压控制信号，输出到所述锁模激光器，反向控制所述锁模激光器的偏置电压。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，还包括相位信号单元，所述相位信号单元用于对所述1PPS相位基准信号进行端口扩展和脉冲整形，为同步设备提供基准或作为调测接口使用。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，还包括频率接口单元，所述频率接口单元用于接收所述频率参考信号，并对所述频率参考信号进行端口扩展和信号整形，转换为标准频率信号并输出。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述时钟本振单元为铷原子钟或高稳晶振。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述窄线宽激光器产生的特定波长的直流光信号线宽在Hz量级。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述非线性光学单元为光子晶体光纤。
9.根据权利要求5所述的一种基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述标准频率信号为2MHz、2Mbps或syncE。
10.根据权利要求6所述的一种基于光学频率梳的超高精度基准源，其特征在于，所述铷原子钟或高稳晶振的频率准确度在N×E-11水平。
CN201710076298.8A 2017-02-13 2017-02-13 一种基于光学频率梳的超高精度基准源 Active CN108427234B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710076298.8A CN108427234B (zh) 2017-02-13 2017-02-13 一种基于光学频率梳的超高精度基准源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710076298.8A CN108427234B (zh) 2017-02-13 2017-02-13 一种基于光学频率梳的超高精度基准源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108427234A true CN108427234A (zh) 2018-08-21
CN108427234B CN108427234B (zh) 2020-10-02

Family

ID=63154932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710076298.8A Active CN108427234B (zh) 2017-02-13 2017-02-13 一种基于光学频率梳的超高精度基准源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108427234B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110989327A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 中国计量科学研究院 分布式高精度时间频率实时综合系统
CN111123311A (zh) * 2019-11-18 2020-05-08 北京卫星导航中心 星载原子钟调频调相方法
CN114153137A (zh) * 2021-11-03 2022-03-08 北京大学 一种基于异步相位跟踪的双光梳时间测量装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008931A (en) * 1995-04-19 1999-12-28 Heinrich Hertz Institut Fuer Nachrichtentechnik Berlin Gmbh Optical frequency generator
US20100171534A1 (en) * 2007-10-01 2010-07-08 Fujitsu Limited Clock generating apparatus and clock generating method
CN102981345A (zh) * 2012-11-30 2013-03-20 广东汉唐量子光电科技有限公司 一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的方法
CN104049250A (zh) * 2014-06-14 2014-09-17 哈尔滨工业大学 抗多频混叠的高精度同步测尺半导体激光测距装置与方法
CN105141365A (zh) * 2015-06-11 2015-12-09 北京邮电大学 一种获取光纤链路时延抖动的装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008931A (en) * 1995-04-19 1999-12-28 Heinrich Hertz Institut Fuer Nachrichtentechnik Berlin Gmbh Optical frequency generator
US20100171534A1 (en) * 2007-10-01 2010-07-08 Fujitsu Limited Clock generating apparatus and clock generating method
CN102981345A (zh) * 2012-11-30 2013-03-20 广东汉唐量子光电科技有限公司 一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的方法
CN104049250A (zh) * 2014-06-14 2014-09-17 哈尔滨工业大学 抗多频混叠的高精度同步测尺半导体激光测距装置与方法
CN105141365A (zh) * 2015-06-11 2015-12-09 北京邮电大学 一种获取光纤链路时延抖动的装置及方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111123311A (zh) * 2019-11-18 2020-05-08 北京卫星导航中心 星载原子钟调频调相方法
CN111123311B (zh) * 2019-11-18 2021-12-03 北京卫星导航中心 星载原子钟调频调相方法
CN110989327A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 中国计量科学研究院 分布式高精度时间频率实时综合系统
CN110989327B (zh) * 2019-12-26 2021-03-30 中国计量科学研究院 分布式高精度时间频率实时综合系统
CN114153137A (zh) * 2021-11-03 2022-03-08 北京大学 一种基于异步相位跟踪的双光梳时间测量装置及方法
CN114153137B (zh) * 2021-11-03 2022-08-05 北京大学 一种基于异步相位跟踪的双光梳时间测量装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108427234B (zh) 2020-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6333942B1 (en) Atomic frequency standard laser pulse oscillator
CN108427234A (zh) 一种基于光学频率梳的超高精度基准源
EP3024100B1 (en) Optical synthesizer tuning using fine and coarse optical frequency combs
US20050265406A1 (en) Synchronization of lasers and RF sources using timing information transfer in the optical domain
US10649308B2 (en) Coherent photon analog-to-digital conversion device
US20110309887A1 (en) Atomic oscillator
CN103954354A (zh) 量子标准激光功率计及激光功率测量方法
US20020006141A1 (en) Method and apparatus for driving mode-locked semiconductor laser
Wei et al. Compact phase detector for optical-microwave synchronization using polarization modulation
CN108427263B (zh) 一种基于光学频率梳的增强型时间服务器
Dong et al. Clock recovery using cascaded LiNbO 3 modulator
CN104410416B (zh) 相干布居囚禁原子频标及提高其短期稳定度的方法
CN116614197A (zh) 一种基于绝对延时测量与稳相传输的时频同步方法
CN104868913B (zh) 一种相干布居囚禁原子频标
CN103780255B (zh) 基于pll和dds的同步扫描电路系统
Agis et al. 10-GHz clock recovery using an optoelectronic phase-locked loop based on three-wave mixing in periodically poled lithium niobate
Sigalotti et al. Ultrafast laser synchronization at the FERMI@ Elettra FEL
Baoqiang et al. Precise frequency linking method based on phase group synchronization
Baklanov et al. Optical frequency standard based on the coherent population trapping resonance
Banerjee et al. Improved analytical model of phase-locking dynamics in unlocked-driven optoelectronic oscillators under RF injection locking
Nagano et al. Phase-coherent transfer and retrieval of terahertz frequency standard over 20 km optical fiber with 4× 10− 18 accuracy
Koliada et al. Stabilisation of a fibre frequency synthesiser using acousto-optical and electro-optical modulators
Wang et al. Effective optical clock recovery and simultaneous fourfold demultiplexing of OTDM signal using an optoelectonic oscillator
CN106788426A (zh) 一种cpt原子频标激光频率调制指数锁定装置及方法
Dai et al. Low phase noise microwave extraction from femtosecond laser by frequency conversion pair and IF-domain processing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211228

Address after: 100191 No. 40, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road

Patentee after: CHINA ACADEMY OF INFORMATION AND COMMUNICATIONS

Address before: 100191 No. 52 Garden North Road, Beijing, Haidian District

Patentee before: CHINA ACADEME OF TELECOMMUNICATION RESEARCH OF MIIT

TR01 Transfer of patent right