WO2021120485A1 - 基于被动相位补偿的光学频率传递装置与传递方法 - Google Patents

基于被动相位补偿的光学频率传递装置与传递方法 Download PDF

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Abstract

一种基于被动相位补偿的光学频率传递装置与传递方法，装置包括本地端、传递链路和用户端，本发明采用被动相位补偿方式，通过简单地光混频、微波滤波与分频处理，实现了基于被动相位补偿的光学频率传递，具有系统结构简单、可靠性高的特点。

Description

基于被动相位补偿的光学频率传递装置与传递方法 技术领域
本发明涉及光纤时间与频率传递，特别是一种基于被动相位补偿的光学频率传递装置与传递方法。
背景技术
时间是七个国际基本单位中测量精度最高的一个,在深空探测、射电天文、基础物理研究、地球物理测量、导航定位、精密计量、大地测量与观测等前沿科学研究以及重大基础设施与工程中，精准的时间频率都发挥着至关重要的作用。随着光学频率标准技术的飞速发展，已经成为下一代时间频率基准的有力竞争者。目前基于卫星的天基时间频率同步系统只能实现纳秒量级的时间同步精度和10 -15/天的频率传输稳定度。为了克服卫星时间频率传递的技术困难，基于光纤或者自由空间链路光学频率传输技术被多次证明是突破现有技术限制、实现长距离传递的一种有效解决方案。其中，光纤具有低损耗、高可靠、大带宽、不受电磁干扰、受外界扰动小等优点。因此，基于光纤或者自由空间链路的光学频率传递在国际上引起了高度关注和重视。美国、欧盟和日本等国家都先后开展了相关的研究。
目前，光学频率传递主要基于自动相位补偿方式补偿传递链路引入的相位噪声，还未有基于被动相位补偿的光学传递方案报道。主动相位噪声需要采用伺服控制单元，这增加了系统的复杂度，从而降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术以及工作的不足，提供一种基于被动相位补偿的光学频率传递装置与传递方法。本发明通过简单地光混频、微波滤波与分频处理，实现了基于被动相位补偿的光学频率传递，具有系统结构简单、可靠性高的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一方面，本发明公开了一种基于被动相位补偿的光学频率传递装置，包括本地端、传递链路和用户端；
所述的本地端由光隔离器单元、第一光耦合器、第一法拉第旋转镜、第一声光移频器、光电转换单元、混频器单元、第一微波源、分频器单元、第二微波源、第一微波功分器组成，所述的光隔离器单元的输入端为待传光学频率信号的输入端，所述的光隔离器单元的输出端与所述的第一光耦合器的1端口相连，所述的第一光耦合器的2、3、4端口分别与所述的第一光电转换单元的输入端、所述的第一声光移频器的1端口、所述的第一法拉第旋转镜相连，所述的第一声光移频器的3端口 与所述的传递链路的一端相连，所述的光电转换单元的输出端与所述的混频器单元第一输入端口相连，所述的混频器单元的第二输入端口与所述的第一微波源输出端相连，所述的混频器单元的第二输出端口与所述的分频器单元(17)的输入端相连，所述的分频器单元的输出端与所述的第一微波功分器的第一输入端相连，所述的第二微波源的输出端与所述的第一微波功分器的第二输入端相连，所述的第一微波功分器的输出端与所述的第一声光移频器的2端口端相连；
所述的用户端由第二声光移频器、第三微波源、第二法拉第旋转镜、第二光耦合器和光滤波器组成，所述的第二声光移频器的1端口与所述的传递链路的另一端相连，所述的第二声光移频器的3端口与第二光耦合器的1端口相连，所述的第二光耦合器2端口、3端口分别与所述的光滤波器、所述的第二法拉第旋转镜相连，所述的第三微波源的输出端与第二声光移频器的2端口相连。
另一方面本发明还公开了一种基于被动相位补偿的分布式光学频率传递装置，包括本地端、传递链路、用户端和接入端，所述的接入端由第三光耦合器、第二光电转换单元、第二分频器单元、第三声光移频器、第二光滤波器、第四光耦合器和第五光耦合器组成，所述的第三光耦合器的四个端口分别与所述的传递链路、所述的第四光耦合器输入端、所述的第五光耦合器输入端相连，所述的第四光耦合器输出端分别与所述的第三声光移频器输入端、所述的第五光耦合器的2端口相连，所述的第五光耦合器的3端口与所述的第二光电转换单元的输入端相连，所述的第三声光移频器输出端与所述的第二光滤波器输入端相连，所述的第二光电转换单元的输出端与所述的第二分频器单元的输入端相连，所述的第二分频器单元的输出端与所述的第三声光移频器的微波输入端口相连。
所述的传递链路为光纤链路或者自由空间链路组成，所述的自由空间链路由自由空间光发射模块、接收模块与自由空间链路组成。
利用上述基于被动相位补偿的光学频率传递装置的光学频率传递方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：
1)待传的光学频率信号E 0经过所述的光隔离器、所述的第一光耦合器后分为两部分：一部分光学频率信号E 0经所述的第一法拉第旋转镜反射经所述的第一光耦合器后作为本地参考光输入所述的光电转化单元，另一部分光学频率信号E 0经所述的第一声光移频器后进入所述的传递链路，所述的第一声光移频器工作在下移频模式，所述的第二微波源输出的微波信号加载到所述的第一声光移频器的微波信号的频率为Ω L，所述的用户端接收的光学频率信号E 0经所述的第二声光移频器上移频后的输出为E 1：
E 1∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]
式中，ω 0、Ω R和φ p分别为输入的光学频率信号E 0的角频率、所述的第二声光移频器工作信号角频率和所述的传递链路引入的相位噪声，这里忽略了输入光学频率信号E 0、所述的第二微波源和所述的第三微波源输出信号的初始相位，
2)所述的第二声光移频器的输出经所述的第二光耦合器分为二路：经第二光耦合器的2端口输出的一部分光学频率信号供用户使用；经第二光耦合器的3端口输出的另一部分光学频率信号E 1经所述的第二法拉第旋转镜反射并依次经所述的第二光耦合器的3端口、1端口、所述的第二声光移频器的3端口、1端口、所述的传递链路返回到本地端，返回本地端的信号经过所述的第一声光移频器的3端口、1端口、所述的第一光耦合器的3端口、2端口后输入所述光电转换单元，与本地端参考光的光学频率信号E 0在所述光电转换单元上拍频，后经过窄带带通滤波器滤出下边带信号为E 3：
E 3∝cos[(Ω R-Ω L)t+2φ p]
式中，前向传输与后向传输经所述的传递链路(2)引入的相位噪声均为φ p；
3)该E 3通过所述混频器单元与所述的第一微波源输出角频率为Ω S信号混频后取上边带信号E 4：
E 4∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t+2φ p]
4)E 4经过所述的分频器单元(15)后的输出信号为E 5：
E 5∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t/2+φ p]
5)该E 5与所述的第二微波源(18)输出的微波信号通过第一微波功分器(19)合束后，同时加载到所述的第一声光移频器(13)的2端口；
6)本地端(1)再次发送到用户端经所述的第二声光移频器(18)的1端口、3端口、第二光耦合器(21)的1端口、2端口输出的光学频率信号E 7为：
E 7∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]+cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]
7)通过所述的光滤波器(22)滤出E 7中第二项光学频率信号E 8：
E 8∝cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]。
利用上述基于被动相位补偿的分布式光学频率传递装置的光学频率传递方法，该方法包括如下步骤：
1)待传的光学频率信号E 0经过所述的光隔离器、所述的第一光耦合器后分为两部分：一部分光学频率信号E 0经所述的第一法拉第旋转镜反射经所述的第一光耦合器后作为本地参考光输入所述的光电转化单元，另一部分光学频率信号E 0经所述的第一声光移频器后进入所述的传递链路，所述的第一声光移频器工作在下移频模式，所述的第二微波源输出的微波信号加载到所述的第一声光移频器的微波信号的频率为Ω L，所述的用户端接收的光学频率信号E 0经所述的第二声光移频器上移频后的输出为E 1：
E 1∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]
式中，ω 0、Ω R和φ p分别为输入的光学频率信号E 0的角频率、所述的第二声光移频器工作信号角频率和所述的传递链路引入的相位噪声，这里忽略了输入光学频率信 号E 0、所述的第二微波源和所述的第三微波源输出信号的初始相位。所述的第二声光移频器的输出经所述的第二光耦合器分为二路：经第二光耦合器的2端口输出的一部分光学频率信号供用户使用；经第二光耦合器的3端口输出的另一部分光学频率信号E 1经所述的第二法拉第旋转镜反射并依次经所述的第二光耦合器的3端口、1端口、所述的第二声光移频器的3端口、1端口、所述的传递链路返回到本地端，返回本地端的信号经过所述的第一声光移频器的3端口、1端口、所述的第一光耦合器的3端口、2端口后输入所述光电转换单元，与本地端参考光的光学频率信号E 0在所述光电转换单元上拍频，后经过窄带带通滤波器滤出下边带信号为E 3：
E 3∝cos[(Ω R-Ω L)t+2φ p]
式中，前向传输与后向传输经所述的传递链路引入的相位噪声均为φ p；
E 3通过所述混频器单元与所述的第一微波源输出角频率为Ω S信号混频后取上边带信号E 4：
E 4∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t+2φ p]
E 4经过所述的分频器单元后的输出信号为E 5：
E 5∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t/2+φ p]
E 5与所述的第二微波源输出的微波信号通过第一微波功分器合束后，同时加载到所述的第一声光移频器的2端口；
本地端再次发送到用户端经所述的第二声光移频器的1端口、3端口、第二光耦合器的1端口、2端口输出的光学频率信号通过所述的光滤波器滤出E 7中第二项光学频率信号E 7：
E 7∝cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]；
2)在传递链路的任意节点，通过采用所述的第三光耦合器获取传递链路中前向光信号E 8与后向光信号E 9：
E 8∝cos[(ω 0-Ω L+2Ω R)t+φ p+φ b]+cos[(ω 0+Ω L+Ω R)t+φ b]
E 9∝cos[(ω 0-Ω L)t+φ a]+cos[(ω 0+Ω L)t-φ p+φ a]，
式中，φ a为本地端到接入端传递链路引入的相位噪声，φ b为用户端与接入端之间传递链路引入的相位噪声，通过将E 8与E 9经过所述的第五光耦合器输入到所述的第二光电转换单元拍频后E 10：
E 10∝cos[Ω Rt+φ p]+cos[Ω Rt+φ b-φ a]cos[(3Ω R-2Ω L)t+φ b-φ a]
+cos[2(Ω R-Ω L)t+φ p+φ b-φ a]+cos[(2Ω L-Ω R)t-φ p]cos[2Ω Rt+φ p+φ b-φ a]
该E 10最后一项经过窄带滤波后和所述的第二分频器单元的二分频之后，并利用相位关系φ p＝φ a+φ b，可获得E 11：
E 11∝cos[Ω Rt+φ b]
将E 11加载到所述的第三声光移频器(28)后，返现传递信号E 12：
E 12∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]+cos[(ω 0+Ω L)t]
上式E 12第二项可通过所述的第二光滤波器(29)滤出，获得相位稳定的光学频率信号E 13＝cos[(ω 0+Ω L)t输出。
本发明的工作原理是：在本地端经过传递链路将光学频率信号发送到用户端，用户端经过第二声光移频器和第二法拉第旋光镜将光学频率信号返回到本地端，返回的光学频率信号与本地输入光学频率在光电转化单元上混频后滤出下边带信号获得传递链路引入的相位噪声，滤出的下边带信号经过3/2倍频，倍频后的信号驱动工作在下移频的第一声光移频器产生与传递链路引入相位噪声相位共轭的光学频率信号，将该信号通过传递链路发送到用户端即可获得相位稳定的光学频率信号，实现光学频率的稳相传递。
另一方面同时在传递链路任意位置通过光耦合器获取前向和后向的光信号并在光电转换单元上混频，采用窄带滤波器取出相应的微波信号并进行二分频，分频后的微波信号加载到声光调制器调整返回光信号的频率，声光调制器输出端通过光滤波器即可获得相位稳定的频率信号，实现分布式光学频率传递。
本发明的技术效果如下：
1)采用被动相位补偿方式，通过简单地光混频、微波滤波与分频处理，实现了基于被动相位补偿的光学频率传递。
2)在传递链路中通过采用光耦合器提取前向和后向信号在光电转换单元拍频后通过窄带微波滤波器滤出信号，并通过声光调制器实时补偿的方法，在传递链路任意位置获得相位稳定的光学频率信号。
3)具有结构简单、可靠性高、实现成本低的特点。
附图说明
图1是本发明基于被动相位补偿的光学频率传递装置实施例的结构示意图；
图2是本发明基于被动相位补偿的分布式光学频率传递装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和和具体的工作流程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1为本发明基于被动相位补偿的光学频率传递装置的实施例的结构示意图，由图可见，本发明基于被动相位补偿的光学频率传递装置，包括本地端1、传递链路2和用户端3，
所述的本地端1由光隔离器单元10、第一光耦合器11、第一法拉第旋转镜12、第一声光移频器13、光电转换单元14、混频器单元15、第一微波源16、分频器单元17、第二微波源18、第一微波功分器19组成，所述的光隔离器单元10的输入端为待传光学频率信号的输入端，所述的光隔离器单元10的输出端与所述的第一光耦合器11的1端口相连，所述的第一光耦合器11的2、3、4端口分别与所述的第一光电转换单元14的输入端、所述的第一声光移频器13的1端口、所述的第一法拉第旋转镜12相连，所述的第一声光移频器13的3端口与所述的传递链路2的一端相连，所述的光电转换单元14的输出端与所述的混频器单元15第一输入端口相连，所述的混频器单元15的第二输入端口与所述的第一微波源16输出端相连，所述的混频器单元15的第二输出端口与所述的分频器单元17的输入端相连，所述的分频器单元17的输出端与所述的第一微波功分器19的第一输入端相连，所述的第二微波源18的输出端与所述的第一微波功分器19的第二输入端相连，所述的第一微波功分器19的输出端与所述的第一声光移频器13的2端口端相连；
所述的用户端3由第二声光移频器20、第三微波源21、第二法拉第旋转镜22、第二光耦合器23和光滤波器24组成，所述的第二声光移频器20的1端口与所述的传递链路2的另一端相连，所述的第二声光移频器20的3端口与第二光耦合器23的1端口相连，所述的第二光耦合器23的2端口、3端口分别与所述的光滤波器22、所述的第二法拉第旋转镜22相连，所述的第三微波源21的输出端与第二声光移频器20的2端口相连。
实施例中，所述的传递链路2由光纤链路构成，本地端1位于传递链路2的一端，用户端3位于传递链路2的另一端。
利用上述基于被动相位补偿的光学频率传递装置的光学频率传递方法，包括具体步骤如下：
1)待传的光学频率信号E 0经过所述的光隔离器10、所述的第一光耦合器11后分为两部分：一部分光学频率信号E 0经所述的第一法拉第旋转镜12反射经所述的第一光耦合器11后作为本地参考光输入所述的光电转化单元14，另一部分光学频率信号E 0经所述的第一声光移频器13后进入所述的传递链路2，所述的第一声光移频器13工作在下移频模式，所述的第二微波源18输出的微波信号加载到所述的第一声光移频器13的微波信号的频率为Ω L，所述的用户端3接收的光学频率信号E 0经所述的第二声光移频器20上移频后的输出为E 1：
E 1∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]
式中，ω 0、Ω R和φ p分别为输入的光学频率信号E 0的角频率、所述的第二声光移频器20工作信号角频率和所述的传递链路2引入的相位噪声，这里忽略了输入光学频率信号E 0、所述的第二微波源18和所述的第三微波源21输出信号的初始相位，
2)所述的第二声光移频器20的输出经所述的第二光耦合器23分为二路：经第二光耦合器23的2端口输出的一部分光学频率信号供用户使用；经第二光耦合器 23的3端口输出的另一部分光学频率信号E 1经所述的第二法拉第旋转镜22反射并依次经所述的第二光耦合器23的3端口、1端口、所述的第二声光移频器20的3端口、1端口、所述的传递链路2返回到本地端1，返回本地端1的信号经过所述的第一声光移频器13的3端口、1端口、所述的第一光耦合器11的3端口、2端口后输入所述光电转换单元14，与本地端参考光的光学频率信号E 0在所述光电转换单元14上拍频，后经过窄带带通滤波器滤出下边带信号为E 3：
E 3∝cos[(Ω R-Ω L)t+2φ p]
式中，前向传输与后向传输经所述的传递链路2引入的相位噪声均为φ p；
3)该E 3通过所述混频器单元15与所述的第一微波源16输出角频率为Ω S信号混频后取上边带信号E 4：
E 4∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t+2φ p]
4)E 4经过所述的分频器单元15后的输出信号为E 5：
E 5∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t/2+φ p]
5)该E 5与所述的第二微波源18输出的微波信号通过第一微波功分器19合束后，同时加载到所述的第一声光移频器13的2端口；
6)本地端1再次发送到用户端经所述的第二声光移频器18的1端口、3端口、第二光耦合器21的1端口、2端口输出的光学频率信号E 7为：
E 7∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]+cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]
7)通过所述的光滤波器22滤出E 7中第二项光学频率信号E 8：
E 8∝cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]。
实验表明，本发明采用被动相位补偿方式，通过简单地光混频、微波滤波与分频处理，实现了基于被动相位补偿的光学频率传递，具有系统结构简单、可靠性高的特点。
图2是本发明基于被动相位补偿的分布式光学频率传递装置实施例的结构示意图，如图所示，还包括接入端4，所述的接入端4由第三光耦合器25、第二光电转换单元26、第二分频器单元27、第三声光移频器28、第二光滤波器29、第四光耦合器30和第五光耦合器31组成，所述的第三光耦合器25的四个端口分别与所述的传递链路2、所述的第四光耦合器30输入端、所述的第五光耦合器31输入端相连，所述的第四光耦合器30输出端分别与所述的第三声光移频器28输入端、所述的第五光耦合器31的2端口相连，所述的第五光耦合器31的3端口与所述的第二光电转换单元26的输入端相连，所述的第三声光移频器28输出端与所述的第二光滤波器29输入端相连，所述的第二光电转换单元26的输出端与所述的第二分频器单元27的输入端相连，所述的第二分频器单元的输出端与所述的第三声光移频器28的微波输入端口相连。
利用上述基于被动相位补偿的分布式光学频率传递装置的光学频率传递方法，该方法还包括步骤：在传递链路2的任意节点，通过采用所述的第三光耦合器25获取传递链路中前向光信号E 8与后向光信号E 9：
E 8∝cos[(ω 0-Ω L+2Ω R)t+φ p+φ b]+cos[(ω 0+Ω L+Ω R)t+φ b]
E 9∝cos[(ω 0-Ω L)t+φ a]+cos[(ω 0+Ω L)t-φ p+φ a]，
式中，φ a为本地端1到接入端4传递链路引入的相位噪声，φ b为用户端3与接入端4之间传递链路引入的相位噪声，通过将E 8与E 9经过所述的第五光耦合器31输入到所述的第二光电转换单元26拍频后E 10：
E 10∝cos[Ω Rt+φ p]+cos[Ω Rt+φ b-φ a]cos[(3Ω R-2Ω L)t+φ b-φ a]
+cos[2(Ω R-Ω L)t+φ p+φ b-φ a]+cos[(2Ω L-Ω R)t-φ p]cos[2Ω Rt+φ p+φ b-φ a]
该E 10最后一项经过窄带滤波后和所述的第二分频器单元(27)的二分频之后，并利用相位关系φ p＝φ a+φ b，可获得E 11：
E 11∝cos[Ω Rt+φ b]
将E 11加载到所述的第三声光移频器(28)后，返现传递信号E 12：
E 12∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]+cos[(ω 0+Ω L)t]
上式E 12第二项可通过所述的第二光滤波器29滤出，获得相位稳定的光学频率信号E 13＝cos[(ω 0+Ω L)t输出。

Claims (5)

  1. 一种基于被动相位补偿的光学频率传递装置，其特征在于，包括本地端(1)、传递链路(2)和用户端(3)；
    所述的本地端(1)由光隔离器单元(10)、第一光耦合器(11)、第一法拉第旋转镜(12)、第一声光移频器(13)、光电转换单元(14)、混频器单元(15)、第一微波源(16)、分频器单元(17)、第二微波源(18)、第一微波功分器(19)组成，所述的光隔离器单元(10)的输入端为待传光学频率信号的输入端，所述的光隔离器单元(10)的输出端与所述的第一光耦合器(11)的1端口相连，所述的第一光耦合器(11)的2、3、4端口分别与所述的第一光电转换单元(14)的输入端、所述的第一声光移频器(13)的1端口、所述的第一法拉第旋转镜(12)相连，所述的第一声光移频器(13)的3端口与所述的传递链路(2)的一端相连，所述的光电转换单元(14)的输出端与所述的混频器单元(15)第一输入端口相连，所述的混频器单元(15)的第二输入端口与所述的第一微波源(16)输出端相连，所述的混频器单元(15)的第二输出端口与所述的分频器单元(17)的输入端相连，所述的分频器单元(17)的输出端与所述的第一微波功分器(19)的第一输入端相连，所述的第二微波源(18)的输出端与所述的第一微波功分器(19)的第二输入端相连，所述的第一微波功分器(19)的输出端与所述的第一声光移频器(13)的2端口端相连；
    所述的用户端(3)由第二声光移频器(20)、第三微波源(21)、第二法拉第旋转镜(22)、第二光耦合器(23)和光滤波器(24)组成，所述的第二声光移频器(20)的1端口与所述的传递链路(2)的另一端相连，所述的第二声光移频器(20)的3端口与第二光耦合器(23)的1端口相连，所述的第二光耦合器(23)2端口、3端口分别与所述的光滤波器(24)、所述的第二法拉第旋转镜(22)相连，所述的第三微波源(21)的输出端与第二声光移频器(20)的2端口相连。
  2. 根据权利要求1所述的基于被动相位补偿的光学频率传递装置，其特征在于，还包括接入端(4)，所述的接入端(4)由第三光耦合器(25)、第二光电转换单元(26)、第二分频器单元(27)、第三声光移频器(28)、第二光滤波器(29)、第四光耦合器(30)和第五光耦合器(31)组成，所述的第三光耦合器(25)的四个端口分别与所述的传递链路(2)、所述的第四光耦合器(30)输入端、所述的第五光耦合器(31)输入端相连，所述的第四光耦合器(30)输出端分别与所述的第三声光移频器(28)输入端、所述的第五光耦合器(31)的2端口相连，所述的第五光耦合器(31)的3端口与所述的第二光电转换单元(26)的输入端相连，所述的第三声光移频器(28)输出端与所述的第二光滤波器(29)输入端相连，所述的第二光电转换单元(26)的输出端与所述的第二分频器单元(27)的输入端相连，所述的第二分频器单元的输出端与所述的第三声光移频器(28)的微波输入端口相 连。
  3. 根据权利要求1或2所述的基于被动相位补偿的光学频率传递装置，其特征在于，所述的传递链路(2)为光纤链路或者自由空间链路组成，所述的自由空间链路由自由空间光发射模块、接收模块与自由空间链路组成。
  4. 利用权利要求1所述的基于被动相位补偿的光学频率传递装置的光学频率传递方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
    1)待传的光学频率信号E 0经过所述的光隔离器(10)、所述的第一光耦合器(11)后分为两部分：一部分光学频率信号E 0经所述的第一法拉第旋转镜(12)反射经所述的第一光耦合器(11)后作为本地参考光输入所述的光电转化单元(14)，另一部分光学频率信号E 0经所述的第一声光移频器(13)后进入所述的传递链路(2)，所述的第一声光移频器(13)工作在下移频模式，所述的第二微波源(18)输出的微波信号加载到所述的第一声光移频器(13)的微波信号的频率为Ω L，所述的用户端(3)接收的光学频率信号E 0经所述的第二声光移频器(20)上移频后的输出为E 1：
    E 1∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]
    式中，ω 0、Ω R和φ p分别为输入的光学频率信号E 0的角频率、所述的第二声光移频器(20)工作信号角频率和所述的传递链路(2)引入的相位噪声，这里忽略了输入光学频率信号E 0、所述的第二微波源(18)和所述的第三微波源(21)输出信号的初始相位，
    2)所述的第二声光移频器(20)的输出经所述的第二光耦合器(23)分为二路：经第二光耦合器(23)的2端口输出的一部分光学频率信号供用户使用；经第二光耦合器(23)的3端口输出的另一部分光学频率信号E 1经所述的第二法拉第旋转镜(22)反射并依次经所述的第二光耦合器(23)的3端口、1端口、所述的第二声光移频器(20)的3端口、1端口、所述的传递链路(2)返回到本地端(1)，返回本地端(1)的信号经过所述的第一声光移频器(13)的3端口、1端口、所述的第一光耦合器(11)的3端口、2端口后输入所述光电转换单元(14)，与本地端参考光的光学频率信号E 0在所述光电转换单元(14)上拍频，后经过窄带带通滤波器滤出下边带信号为E 3：
    E 3∝cos[(Ω R-Ω L)t+2φ p]
    式中，前向传输与后向传输经所述的传递链路(2)引入的相位噪声均为φ p；
    3)该E 3通过所述混频器单元(15)与所述的第一微波源(16)输出角频率为Ω S信号混频后取上边带信号E 4：
    E 4∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t+2φ p]
    4)E 4经过所述的分频器单元(15)后的输出信号为E 5：
    E 5∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t/2+φ p]
    5)该E 5与所述的第二微波源(18)输出的微波信号通过第一微波功分器(19)合束后，同时加载到所述的第一声光移频器(13)的2端口；
    6)本地端(1)再次发送到用户端经所述的第二声光移频器(18)的1端口、3端口、第二光耦合器(21)的1端口、2端口输出的光学频率信号E 7为：
    E 7∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]+cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]
    7)通过所述的光滤波器(22)滤出E 7中第二项光学频率信号E 8：
    E 8∝cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]。
  5. 利用权利要求1所述的基于被动相位补偿的光学频率传递装置的光学频率传递方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
    1)待传的光学频率信号E 0经过所述的光隔离器(10)、所述的第一光耦合器(11)后分为两部分：一部分光学频率信号E 0经所述的第一法拉第旋转镜(12)反射经所述的第一光耦合器(11)后作为本地参考光输入所述的光电转化单元(14)，另一部分光学频率信号E 0经所述的第一声光移频器(13)后进入所述的传递链路(2)，所述的第一声光移频器(13)工作在下移频模式，所述的第二微波源(18)输出的微波信号加载到所述的第一声光移频器(13)的微波信号的频率为Ω L，所述的用户端(3)接收的光学频率信号E 0经所述的第二声光移频器(20)上移频后的输出为E 1：
    E 1∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]
    式中，ω 0、Ω R和φ p分别为输入的光学频率信号E 0的角频率、所述的第二声光移频器(20)工作信号角频率和所述的传递链路(2)引入的相位噪声，这里忽略了输入光学频率信号E 0、所述的第二微波源(18)和所述的第三微波源(21)输出信号的初始相位。所述的第二声光移频器(20)的输出经所述的第二光耦合器(23)分为二路：经第二光耦合器(23)的2端口输出的一部分光学频率信号供用户使用；经第二光耦合器(23)的3端口输出的另一部分光学频率信号E 1经所述的第二法拉第旋转镜(22)反射并依次经所述的第二光耦合器(23)的3端口、1端口、所述的第二声光移频器(20)的3端口、1端口、所述的传递链路(2)返回到本地端(1)，返回本地端(1)的信号经过所述的第一声光移频器(13)的3端口、1端口、所述的第一光耦合器(11)的3端口、2端口后输入所述光电转换单元(14)，与本地端参考光的光学频率信号E 0在所述光电转换单元(14)上拍频，后经过窄带带通滤波器滤出下边带信号为E 3：
    E 3∝cos[(Ω R-Ω L)t+2φ p]
    式中，前向传输与后向传输经所述的传递链路(2)引入的相位噪声均为φ p；
    E 3通过所述混频器单元(15)与所述的第一微波源(16)输出角频率为Ω S信号混频后取上边带信号E 4：
    E 4∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t+2φ p]
    E 4经过所述的分频器单元(15)后的输出信号为E 5：
    E 5∝cos[(Ω S+Ω R-Ω L)t/2+φ p]
    E 5与所述的第二微波源(18)输出的微波信号通过第一微波功分器(19)合束后，同时加载到所述的第一声光移频器(13)的2端口；
    本地端(1)再次发送到用户端经所述的第二声光移频器(18)的1端口、3端口、第二光耦合器(21)的1端口、2端口输出的光学频率信号通过所述的光滤波器(22)滤出E7中第二项光学频率信号E 7：
    E 7∝cos[(ω 0-(Ω S+Ω R-Ω L)/2)t]；
    2)在传递链路(2)的任意节点，通过采用所述的第三光耦合器(25)获取传递链路中前向光信号E 8与后向光信号E 9：
    E 8∝cos[(ω 0-Ω L+2Ω R)t+φ p+φ b]+cos[(ω 0+Ω L+Ω R)t+φ b]
    E 9∝cos[(ω 0-Ω L)t+φ a]+cos[(ω 0+Ω L)t-φ p+φ a]，
    式中，φ a为本地端(1)到接入端(4)传递链路引入的相位噪声，φ b为用户端(3)与接入端(4)之间传递链路引入的相位噪声，通过将E 8与E 9经过所述的第五光耦合器(31)输入到所述的第二光电转换单元(26)拍频后E 10：
    E 10∝cos[Ω Rt+φ p]+cos[Ω Rt+φ b-φ a]cos[(3Ω R-2Ω L)t+φ b-φ a]+cos[2(Ω R-Ω L)t+φ p+φ b-φ a]+cos[(2Ω L-Ω R)t-φ p]cos[2Ω Rt+φ p+φ b-φ a]
    该E 10最后一项经过窄带滤波后和所述的第二分频器单元(27)的二分频之后，并利用相位关系φ p＝φ a+φ b，可获得E 11：
    E 11∝cos[Ω Rt+φ b]
    将E 11加载到所述的第三声光移频器(28)后，返现传递信号E 12：
    E 12∝cos[(ω 0-Ω L+Ω R)t+φ p]+cos[(ω 0+Ω L)t]
    上式E 12第二项可通过所述的第二光滤波器(29)滤出，获得相位稳定的光学频率信号E 13＝cos[(ω 0+Ω L)t输出。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114915337A (zh) * 2022-04-08 2022-08-16 上海交通大学 基于时间内插的光学时间传递系统和传递方法
CN115632718A (zh) * 2022-09-15 2023-01-20 华北电力大学（保定） 光纤射频信号稳定传输系统
US11575436B1 (en) 2022-01-20 2023-02-07 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg System for correcting phase noise and/or drift in an optical fiber for a network analyzer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6185117B1 (en) * 1997-07-28 2001-02-06 H.B. Industries Self-compensating converter
CN108282227A (zh) * 2018-01-18 2018-07-13 清华大学 一种基于相位共轭的四倍频信号光纤任意点稳相分配系统
CN110429978A (zh) * 2019-07-15 2019-11-08 上海交通大学 用于环形光纤链路的光纤微波频率传递系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5031234A (en) * 1989-05-31 1991-07-09 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fiber optic frequency transfer link
KR100431195B1 (ko) * 2001-12-18 2004-05-12 한국전자통신연구원 음향광학 파장가변 필터를 이용한 다중파장 고정방법 및장치
DE102008059902B3 (de) * 2008-12-02 2010-09-16 Forschungsverbund Berlin E.V. Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines selbstrefernzierten optischen Frequenzkamms
FR2940540B1 (fr) * 2008-12-23 2010-12-24 Observatoire Paris Systeme laser muni d'un asservissement de frequence.
JP4801194B2 (ja) * 2009-09-25 2011-10-26 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法
JP5994773B2 (ja) * 2011-03-25 2016-09-21 日本電気株式会社 送信器、受信器、送信方法、受信方法及び通信システム
KR101329142B1 (ko) * 2012-10-04 2013-11-14 한국표준과학연구원 펄스 레이저 출력 안정화 장치 및 그 방법
US8982917B2 (en) * 2013-05-29 2015-03-17 Shimadzu Corporation Solid-state laser device
DE102015104084A1 (de) * 2015-03-02 2016-09-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reduktion der Pulsrepetitionsfrequenz eines gepulsten Lasersystems
US9696568B2 (en) * 2015-05-13 2017-07-04 Lasertec Corporation Light source apparatus and inspection apparatus
US10466516B2 (en) * 2016-11-03 2019-11-05 Harris Corporation Control system including a beam stabilizer and a phase modulation capable acousto-optic modulator for diverting laser output intensity noise to a first order laser light beam and related methods
US10523214B1 (en) * 2017-04-28 2019-12-31 Hqphotonics Inc. Stabilized microwave-frequency source
US10585332B2 (en) * 2018-03-06 2020-03-10 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Periodic optical filter stabilized tunable comb generator
JP6821099B2 (ja) * 2018-07-31 2021-01-27 三菱電機株式会社 光伝送装置及び光伝送システム
US10826265B2 (en) * 2018-09-18 2020-11-03 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Optical frequency stabilizer using optical fiber delay line, and method for generating stable optical frequency signal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6185117B1 (en) * 1997-07-28 2001-02-06 H.B. Industries Self-compensating converter
CN108282227A (zh) * 2018-01-18 2018-07-13 清华大学 一种基于相位共轭的四倍频信号光纤任意点稳相分配系统
CN110429978A (zh) * 2019-07-15 2019-11-08 上海交通大学 用于环形光纤链路的光纤微波频率传递系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RUI-HAO CHEN, WU GUI-LING, ZOU WEI-WEN, SHEN JIAN-GUO, LIN-DONG WANG, JIAN-PING CHEN: "Optical phase compensation system design for frequency transferover optical fiber", GUANG TONGXIN JISHU - OPTICAL COMMUNICATIONS TECHNOLOGY, GUILIN INSTITUTE OF OPTICAL COMMUNICATIONS, CH, 15 April 2014 (2014-04-15), CH, pages 1 - 4, XP055822718, ISSN: 1002-5561, DOI: 10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2014.04.001 *
TIANCHENG LIN TIANCHENG LIN, GUILING WU GUILING WU, HONGWEI LI HONGWEI LI, GUOYONG WANG GUOYONG WANG, JIANPING CHEN JIANPING CHEN: "Passive phase noise compensation for fiber-optic radio frequency transfer with a nonsynchronized source", CHINESE OPTICS LETTERS, CHINESE OPTICAL SOCIETY, CN, vol. 16, no. 10, 1 January 2018 (2018-01-01), CN, pages 100602, XP055822719, ISSN: 1671-7694, DOI: 10.3788/COL201816.100602 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11575436B1 (en) 2022-01-20 2023-02-07 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg System for correcting phase noise and/or drift in an optical fiber for a network analyzer
CN114915337A (zh) * 2022-04-08 2022-08-16 上海交通大学 基于时间内插的光学时间传递系统和传递方法
CN114915337B (zh) * 2022-04-08 2023-11-24 上海交通大学 基于时间内插的光学时间传递系统和传递方法
CN115632718A (zh) * 2022-09-15 2023-01-20 华北电力大学（保定） 光纤射频信号稳定传输系统

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