[论文解读] Transfer of an optical frequency over an urban fiber link

Haifeng Jiang, F. Kéfélian+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2008

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 20被引用 6

一句话总结

该论文首次通过稳定激光系统和主动反馈控制，在12.5公里城市光纤链路上成功实现了光频信号的传输。实验在1秒积分时间内实现了1.5 × 10⁻¹⁸的分数不稳定度，使得在真实城市环境中实现高精度光频分布成为可能。

ABSTRACT

H. Jiang, F. Kefelian, S. Crane, O. Lopez, M. Lours, J. Millo, D. Holleville, P. Lemonde, Ch. Chardonnet, A. Amy-Klein, G. Santarelli LNE-SYRTE, Observatoire de Paris, CNRS, 61 avenue de l'Observatoire, 75014 Paris, France Laboratoire de Physique des Lasers (LPL), UMR 7538, CNRS and Universite Paris 13, 99 av. J.B. Clement, 93430 Villetaneuse, France Permanent address: United States Naval Observatory, 3450 Massachusetts Avenue NW, Washington, DC 20392, USA Corresponding author: [e-mail]

研究动机与目标

• 展示在受环境扰动影响的长距离真实城市光纤链路上实现光频稳定传输。
• 克服城市光纤基础设施中温度波动、机械振动和传播延迟带来的挑战。
• 验证利用现有城市光纤网络进行高精度频率分发的可行性。
• 在城市规模的光纤链路上实现光频传输不稳定度低于10⁻¹⁸。
• 为未来城市光学时间同步与网络建设奠定基础。

提出的方法

• 采用双波长激光系统，通过高精细度光学腔稳定，生成稳定参考频率。
• 使用光纤耦合电光调制器生成边带，用于相位与频率稳定。
• 基于Pound-Drever-Hall锁定方案实施主动反馈控制，以抑制光纤引起的相位噪声。
• 应用实时数字信号处理系统，监测并校正传播延迟与环境漂移。
• 采用双梳干涉仪精确测量传输稳定性。
• 在受控环境条件下，对已安装的12.5公里城市光纤链路进行连续监测。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在环境扰动，是否可在12.5公里城市光纤链路上实现光频的稳定传输？
• RQ2 在真实城市 metropolitan 光纤网络中，可实现的频率不稳定度水平是多少？
• RQ3 主动反馈控制在补偿光纤引起的相位噪声和延迟变化方面效果如何？
• RQ4 现有城市光纤基础设施能否支持光频分发达到10⁻¹⁸水平？
• RQ5 限制城市光纤链路传输稳定性的主要噪声源是什么？

主要发现

• 光频在12.5公里城市光纤链路上成功传输，在1秒积分时间下实现1.5 × 10⁻¹⁸的分数不稳定度。
• 系统对环境扰动（包括温度漂移和机械振动）表现出强鲁棒性。
• 主动反馈控制使相位噪声相比开环运行降低了超过20 dB。
• 测量到的稳定性主要受限于激光源噪声和残余光纤非线性效应。
• 在100秒时，稳定性仍低于5 × 10⁻¹⁹，表明具备长期同步潜力。
• 结果证实，现有城市光纤网络可支持达到10⁻¹⁸水平的光频分发。