光纤频标传递的稳定性分析

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1、2010年2月宇航计测技术Feb．第30卷第1期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．30．No．1文章编号：1000—7202(2010)01—0047—06中图分类号：TN915．9文献标识码：A光纤频标传递的稳定性分析代玉锋1’2卢麟1王荣1王俊华3(1．解放军理工大学通信工程学院光信息技术实验室南京210007；2．75709部队武汉430074)摘要光纤是进行长距离、高精度频标传递的理想介质，为达到更好的传递效果，分析了光纤频标传递系统的

2、稳定性能，找出了影响频标稳定度的主要因素，进行了稳定性的仿真计算，并得出了与相关精密测算一致的结果。结果表明，几种主要因素的影响大小均与频标的中心频率无关，强度噪声是影响频标稳定性的最大因素，控制信噪比是提高稳定性的关键所在。关键词光纤频率传递频率稳定性TheAnalysesofStabilityofFrequencyTransferredbyFiberDaiYu．fen91·2LuLinl(I．LabofOpticalInformationTechnology，ICE，PLAUST，Nanjing21

3、0007；2．75709Army，Wuhan430074)AbstractFiberistheidealmediumforthelong—distanceandultra—stablefrequencytransfer．Forthebettereffectofapplication，wehavedonetheanalysesandcalculationjobwiththemainunstablefac—torsin-thedistributionsystemandgottheresultinaccord

4、withthemeasurements．Itisalsofoundthattheimpactofthesefactorsallhavenothingtodowiththecenterofthetransferredfrequency，andtheintensenoiseisthemostimportantfactorwhichshouldbereducedfirstly．KeywordsFiberFrequencytransferFrequencystability引言上世纪70年代光纤问世后，由于其无

5、可比拟的稳定性能，NASA用其来进行高精度时频传递，构建了Deep—SpaceNetwork(深空探测网络)⋯，为美国的航空航天事业发挥了重要作用。NIST(美国国家标准技术局)和JILA(美国天体物理联合研究所)，也一直通过光纤进行着频标比对旧。。后来，日本和法国等发达国家的计量与天文机构也加入了研究利用的行列p'41。日本计量研究所(NMIJ)甚至进行了光纤通信网上远距离，大范围时频传递的实验”1，并取得了较好的结果。基于光纤频标传递在科研等诸多领域的良好应用前景，本文着重分析了光纤频标传递系统的稳

6、定性能。它应主要来自于系统的相位(频率)噪声和强度噪声两个方面，而相位噪声又包括来自于光源的随机噪声，和线路温度的有规律影响。对此进行了详细的分析计算，并介绍了光纤频标传递的基本理论分析了光纤频标传递系统的稳定性，并进行了稳定性的仿真计算，得出了与相关精密测算一致的结果。2光纤频标传递的基本理论2．1传递原理中心频率为五的频标信号在光纤中传播的系·48·宇航计测技术2010钜统框图见图1所示。图1光纤频标传递系统框图频标信号y(t)=(K+a(t))Co$[2仃fot+咖(t)]在调制和传输过程中，会受

7、到各种器件的强度噪声和相位(频率)噪声的干扰。其中强度噪声口(t)主要来自于各种有源器件，如激光器、光电探测器和中继器等；而相位噪声咖(t)则主要是由激光本身的不稳定和光缆线路的不稳定因素(如温度变化)共同影响所带来的。前者会引起幅度波动占(t)，而后者则导致相位波动疗(t)，时延波动髫(t)和相对频率波动Y(t)。同时，0(t)，菇(t)和Y(t)之间又互为因果，存在基本的联系巾)=去·掣名(t)=—÷·p(t)二，】=，o，，(t)：掣即：0(t)=髫(t)·2砒=J，，(t)dt·2矾(1)但如果

8、相对频率波动，，(t)为定值，那么频标也只是发生了偏移，稳定性不会改变，所以直接导致频率稳定性变化的是，，(t)随时间的变化掣=学=掣dt·去㈤山dt222矾”7皑警，等，等三者不为零时濒率稳定性才会发生变化。由于其中一个改变会引发其它两个的连锁反应，且最终均是导致频率和相位的变化。2．2频率的稳定性表示频率的稳定性有两个参量哺1可以表示：相位噪声功率谱密度&(／)和相对频率波动方差盯，(r)。根据式(1)和傅立叶变换的性质。相对频率波动Y