基于210km实地通信链路的高稳定性光学频率信号传递

利用西安和咸阳之间的电信省级骨干光纤网构建了210km的光学频率信号传递测试链路,链路损耗为0.23dB/km。实验中采用可搬运、基于光纤干涉仪、线宽约为200 Hz的激光器作为光源,利用两台低噪声双向掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤链路损耗和增加光信号的传输距离,放大器平均增益控制在15dB左右,以防止激射。通过测量和分析不同情况下光纤链路的附加相位噪声,可观测到铁路震动引起的规律性干扰。当噪声抑制系统在锁定状态时,链路的相位噪声被抑制了23dB,在剔除铁路干扰时段数据后,获得的210km实地通信链路的秒级频率稳定度达到了1.51×10-14,万秒频率稳定度达到了5×10-17。利用210km通信链路进行了光学频率信号的远程传递测试,分析了限制频率稳定度的主要影响因素,并针对现行光纤布设方式提出了补充要求。该研究为基于通信链路的高精度光学频率信号的传递与比对提供理论支撑。     

用于长距离光学频率传递链路的双向掺铒光纤放大器的优化设计

光纤链路中高精度光学频率传递对光钟比对有重要意义,双向掺铒光纤放大器(EDFA)有助于在长距离光学频率传递中对信号进行损耗补偿和高精度传输。基于铒粒子受激放大的基本原理,设计了可用于光纤光学频率传递链路中的低噪声、高增益双向EDFA,并对其参数进行了仿真优化。实验结果表明,该双向EDFA的噪声指数为3.86dB,增益为20.14dB,引入的相位噪声在频率为1Hz处仅为0.1rad2/Hz。将该双向EDFA作为放大补偿器件应用于200km光纤光学频率传递链路中,获得了3.8×10-16/s的秒级频率稳定度及2.8×10-19/(104 s)的万秒级频率稳定度,在频率信号传递和光钟比对领域有着广阔的应用前景。     

单边带调制ROF链路中交叉相位引起的非线性串扰

利用非线性薛定谔方程,推导计算了基于光学单边带调制的光载射频链路中交叉相位调制引起的非线性串扰,建立了新的分析模型,并和抽运探测法进行了比较.该模型可以用来分析不同的ROF链路,特别是波分复用光电上转换链路.得到了单链路和波分复用链路的传输眼图.信道中由交叉相位调制引起的非线性串扰和调制频率,泵浦和探测能量,光纤长度以及信道间隔等有关,通过仿真验证了理论分析.     

100.8 km大动态零差相干微波光子传输链路

针对微波通信、超视距雷达和有线电视系统等军民应用需求,为了实现光载射频信号的大动态远距离传输,提出了基于光学锁相环与粒子群算法的零差相干微波光子传输链路技术。该链路前端采用零差光锁相环实现了本振光对信号光的相位跟踪锁定,抑制了锁相带宽内的激光器频率漂移和相位噪声以及长距离光纤导致的相噪恶化,同时平衡探测方式消除了直流分量相关相对强度噪声;通过分析链路前端非线性失真来源,在后端数字处理单元利用粒子群算法寻找最佳非线性失真纠正系数,并对I/Q两路数字信号进行延时匹配、幅相均衡以及线性相位解调,实现了100 MHz频段内射频信号的大动态远距离(≥120 dB·Hz^2/3和100.8 km)传输。     

基于光学-微波同步的低噪声微波产生方法

低噪声微波在冷原子光钟、光子雷达、大科学装置远程同步等领域具有重要的应用价值.本文介绍了一种基于光学-微波相位探测技术的低噪声微波产生方案,利用光纤环路光学-微波鉴相器,将超稳激光的频率稳定度相干传递至介质振荡器.实验采用梳齿相位参考至超稳激光的窄线宽掺铒光纤飞秒光学频率梳,结合光纤环路光学-微波鉴相器和精密锁相装置,将7 GHz介质振荡器同步至光频梳重复频率的高次谐波,同步后的光脉冲序列与微波信号的剩余相位噪声为–100 d Bc/Hz@1 Hz,定时抖动为8.6 fs [1 Hz—1.5 MHz];通过搭建两套低噪声微波产生系统,测得7 GHz微波的剩余相位噪声为–90 d Bc/Hz@1 Hz,对应的频率稳定度为4.8×10^–15@1 s.该研究结果对基于光学相干分频的低噪声微波产生提供了一种新思路.     

基于100km光纤链路的时间和频率同时传递

提出了一种基于光纤的时间和频率同时传递方案。采用基于温控光纤延迟线和压电陶瓷(PZT)光纤延迟线的光学相位噪声补偿技术实现高稳定的频率传递。同时,通过波分复用技术在稳定的光纤链路上进行基于时分复用的高精度同纤同波双向时间传递。在100 km的光纤链路上进行了时间和频率同时传递实验,光纤频率传递链路的秒稳定度和天稳定度分别达到5.25×10-14和1.9×10-17;双向时间比对在1 s处的时间传递秒稳定度优于40ps,在平均时间1000 s处优于1.5 ps。时间差抖动的峰-峰值和标准差分别小于400 ps和45 ps。     

基于光学时延补偿的50 km光纤微波频率传递

报道了利用50 km光纤实现4.38×10~(-15)@1 s和2.80×10~(-18)@65.5×10~3s稳定度的微波频率传递的实验研究.实验系统采用多普勒噪声消除技术,通过在本地端探测往返传递的微波信号相位获得链路上的相位变化信息,并实时控制光延迟调整机构进行补偿.光延迟控制采用压电陶瓷的快速拉伸和慢速光纤温控联合方式,可实现5 ns和千赫兹带宽的光延迟控制,能够实现光纤噪声的长期高精度补偿.与电相位补偿相比,光延迟补偿受微波泄露的影响相对较小,而微波泄露影响在类似系统难以避免,因此这种方式更利于获得高稳定度的频率传递.此外,系统采用变频往返传递消除光寄生反射效应,以及色散补偿光纤减小因色散引起的调制信号衰减等措施,提高了系统的技术指标.     

基于微波相位补偿的56 km高精度光纤微波频率传递

报道了实验室内56 km光纤微波频率传递的实验研究,在56 km的传递距离上实现了1.8×10^-15/s,4×10^-18/10⁴s的传递稳定度。系统通过环回法比较往返传递的微波信号相位获得链路上的相位扰动量,并实时控制本地发射端的微波发射信号相位实现预补偿。在环回往返传递的不同方向上,系统方案采用不同频率的微波调制信号,这种方法极大避免了光寄生反射效应的影响,同时利用色散补偿光纤改善探测信号相噪等措施,提高了系统的传递稳定度。     

基于光学频率梳的超低噪声微波频率产生

低噪声的微波频率在雷达,长基线干涉仪等领域有重要应用.基于光学频率梳产生的微波信号的相位噪声在1 Hz频偏处低于–100 dBc/Hz,在高频( 100 kHz)处低于–170 dBc/Hz,是目前所有的微波频率产生技术中噪声最低的.文章介绍了光学频率梳产生微波频率的基本原理,对基于光梳产生的微波频率信号的各类噪声和抑制噪声的技术进行了分析和总结.随后对低噪声的测量方法进行介绍,并展示了几种典型的微波频率产生实验装置和结果.随着光学频率梳和噪声抑制技术的不断提升,基于光梳的极低噪声微波频率源将有更广泛的应用前景和应用领域.     

光纤水听器远程全光放大系统相位噪声研究

光功率冗余不足及相位噪声增加是制约光纤水听器传输距离及探测性能的关键因素。基于光纤水听器全光模拟传输系统，建立远程放大相位噪声模型，设计大有效面积低损耗光纤组合传输链路，在100 km传输4波分×8时分复用系统中，远程放大引入的相位噪声仅为-98.1 dB@1 kHz(1 kHz为频率)，优于常规单模光纤4.3 dB，模型的有效性得到了验证。将模型应用于150 km传输系统，对远程增益单元位置进行优化，获得了-93.2 dB@1 kHz的远程放大噪声性能。所提噪声模型及优化方法可应用于不带电中继的光纤水听器系统设计及研制中，对增大全光传输距离及提升远程探测性能具有重要意义。     

Ultralow phase noise microwave generation with an Er:fiber-based optical frequency divider

We present an optical frequency divider based on a 200 MHz repetition rate Er:fiber mode-locked laser that, when locked to a stable optical frequency reference, generates microwave signals with absolute phase noise that is equal to or better than cryogenic microwave oscillators. At 1 Hz offset from a 10 GHz carrier, the phase noise is below -100 dBc/Hz, limited by the optical reference. For offset frequencies >10 kHz, the phase noise is shot noise limited at -145 dBc/Hz. An analysis of the contribution of the residual noise from the Er:fiber optical frequency divider is also presented.     

Investigation of refractive index profile and mode field distribution of optical fibers using digital holographic phase shifting interferometric method

In this paper a digital holographic phase shifting interferometric method is used to characterize the graded index (GR-IN) optical fibers. Off-axis digital holographic Mach–Zehnder like arrangement in aid of phase shifting tool is applied. Numerical reconstruction of phase shifted holograms is applied to calculate the optical phase difference distribution in the image plane, and then the optical phase differences across GR-IN fibers are extracted considering image enhancement and noise reduction steps. Also, a simple algorithm is presented to modify the position of the extracted optical phase differences across the fibers to be perpendicular to x-axis, so that it becomes easy to calculate the mean optical phase differences along the fiber. The mean optical phase differences in combination with multilayer model are applied to calculate the refractive index profiles across GR-IN optical fibers. An analytical model is presented to predict the mode distribution associated with the effective indices and the propagation coefficient of the parabolic refractive index profile GR-IN fiber.     

相移长周期光纤光栅的光谱特性及其在光分插复用器中的应用

从耦合模理论出发,动用传输矩阵法对相移长周期光纤光栅（ＬＰＧ）的传输光谱进行了数值计算,着重分析了相移个数、切趾函数的发言为对光机特性的影响,在分析及联长周期光纤光栅传输特性的基础上,提出了一种新型的基于相移长周期光纤光栅的光分插复用器的结构设计方案。     

Delay Effect on Coherent Transfer of Optical Frequency Based on a Triple-Pass Scheme

We demonstrate a triple-pass scheme for coherent transfer of optical frequency and the delay effect on the fiber phase noise compensation. It is theoretically proved that the delay effect consists of both fiber delay and servo delay. The delay effect confines the servo bandwidth within 1/8 and induces a residual fiber phase noise after noise compensation. For a 25-km-long fiber, the servo bandwidth is found to be around 1 k Hz, and the fiber phase noise is suppressed approaching to the theoretical limitation. The triple-pass scheme enables the simultaneous transfer of optical frequency to multiple remote users. The performance of noise compensator in the triple-pass scheme can achieve a similar level result compared with that in the double-pass scheme.     

Analysis of chromatic dispersion effect on coherent optical CPFSK system and performance improvement with the use of combinations of various optical fibers

The performance of a coherent optical continuous-phase frequency shift keying (CPFSK) system is evaluated theoretically including the combined effect of fiber chromatic dispersion, non-zero laser line width and receiver noises. The system limitations imposed by chromatic dispersion and laser phase noise are depicted. The system performance can be improved by shifting the zero-dispersion wavelength to the operating wavelength of the system and this shifting can be achieved efficiently by using a suitable combination of different types of optical fibers. Dispersion shifting characteristics are demonstrated using four kinds of fibers, namely: standard single-mode fiber (SMF), dispersion shifted fiber (DSF), dispersion compensated fiber (DCF) and large core fiber (LCF). The effect of dispersion shifting on the system performance is evaluated in terms of transmission distance and bit rate.     

基于小波变换的长距离光正交频分复用系统中四波混频引起的相位噪声分析

四波混频（FWM）效应是相干光正交频分复用（CO-OFDM）系统中最主要的非线性作用。分析基于小波变换的相干光正交频分（WT-OOFDM）系统原理,研究小波变换对FWM效应和光放大器自发辐射（ASE）引起的相位噪声的改善效果。数值结果表明,在采用常规G. 652光纤,100 Gbit/s的WT-OOFDM传输1500 km时,非线性相位噪声降低20%,总相位噪声降低15%。     

基于LabView的光纤电流互感器一体化测试系统设计

光纤电流互感器日益成为电力系统中最重要的设备,在实用化研究中,光纤电流互感器的检测精度是重要的指标之一,而被测电流的谐波和光纤电流互感器内部的噪声往往影响其测量的准确性。因此对光纤电流互感器谐波的检测以及对其解调算法实用性的验证非常重要。为进一步的谐波治理提供依据及验证解调算法能否有效运用问题,在详细分析现有的谐波检测理论和两种解调算法原理的基础上,设计了一种基于虚拟仪器LabView的光纤电流互感器谐波检测及解调算法测试一体化系统,在快速检测电流各次谐波电平的同时解调出被测电流的信息并对比验证两种解调算法的可行性与优越性,验证结果表明第二种解调算法的精度明显优越于第一种解调算法,更能适用于光纤电流互感器的信号解调。     

200 km沙漠链路高精度光纤时频传递关键技术研究

针对沙漠环境实地链路存在的温度变化大、室外风力、地表振动等多种复杂噪声来源,通过对系统反馈补偿带宽、反馈补偿强度、光功率等时频传递系统关键参数的优化配置,研究了不同反馈补偿参数下复杂链路噪声的有效抑制技术.全链路的频率传递稳定度8×10~(-14)@1s,1×10~(-16)@1000 s,千秒尺度下时间信号传递的时间方差仅为1.2 ps.实现了氢钟信号在200 km量级沙漠环境实地链路的无损传输.该验证实验在基于短基线干涉测量的卫星测轨系统中发挥了重要作用.     

Elimination of polarization-induced signal fading and reduction of phase noise in interferometric optical fiber sensor using polarization diversity receivers

Interferometric optical fiber sensor relies on the coherent mixing of two optical signals, which is strongly polarization dependent. The fluctuation in the input polarization to an interferometric optical fiber sensor can result in not only the variation of the visibility but also the generation of excess phase noise in the output. In this paper, the relationship between the visibility and polarization-induced phase noise coefficient is described and theoretically confirmed. The use of tri-state polarization diversity receivers to eliminate polarization-induced signal fading and reduce phase noise is theoretically and experimentally demonstrated. The result shows that tri-state PDR that improves the visibility can reduce the polarization-induced phase noise and the signal can be correctly demodulated.