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基于飞秒激光频率梳的超高精度时频信号分布研究

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 飞秒激光概述

1.3 国内外研究背景

1.4 本文主要工作

第2章 远距离时频信号分布方法概述

2.1 基于飞秒激光脉冲的时钟信号同步方法

2.2 基于CW激光器的频率传输方法

2.3 基于飞秒激光器的时频信号同时传输方法

2.4 基于飞秒激光的时频信号空间分布方法

2.5 本章小结

第3章 实验系统中本振信号源的特性研究

3.1 飞秒激光锁模技术

3.2 本振信号源的锁模原理和实验参数

3.3 本振信号源的相位噪声特性

3.4 本振信号源的光学频率梳特性

3.5 本章小结

第4章 超高精度时频信号分布的实验系统

4.1 平衡光学互相关技术

4.2 基于飞秒激光的时频信号分布装置

4.3 可视化Labview界面

4.4 时钟信号同步实验过程和结果

4.5 本章小结

第5章 总结和展望

5.1 本文工作总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

时频信号分布技术在雷达探测、导航和大科学装置中有着极其重要的意义。相较于传统的时频信号分布手段,基于飞秒激光频率梳的时频信号分布技术拥有独特的优势,其可以实现飞秒量级的时钟同步精度,满足了上述装置对各功能构件超高精度协同控制的苛刻要求。
  基于上述背景,本论文在实验室环境下研究了非线性偏振旋转锁模的飞秒光纤激光器作为实验系统本振信号源的时频信号分布技术,并采用平衡光学互相关技术和光纤链路时延误差快慢锁相环配合补偿技术,实现了fs量级的时钟信号同步精度。具体研究工作概括如下:
  1.介绍了基于飞秒激光频率梳的时频信号分布技术对大科学装置的重要意义及其在时频传输中的独特优势,阐述了国内外时频信号分布技术研究的进展。围绕飞秒激光作为本振信号源的超低时间抖动特性和光学频率梳特性,以及光纤链路对外部环境影响的高稳定性,介绍了目前几种远距离时频信号分布方法。
  2.详细介绍了本论文实验系统装置中的本振信号源。采用基于NPE锁模原理的飞秒光纤激光器作为系统本振信号源,该激光器可输出中心波长1550nm,脉宽560fs,重复频率126MHz,输出功率38mW的具有超低时间抖动特性和光学频率梳特性的锁模脉冲激光。本振信号源经过光纤链路传输后进入光电探测器,可以产生稳定的射频频率梳,其相位噪声与飞秒激光器的时间抖动有关。并且通过频谱分析仪可以观测到带宽范围为126MHz至26.5GHz的高平坦度的射频频率梳信号。
  3.利用平衡光学互相关原理探测系统时延误差信号并基于压电陶瓷光纤拉伸器和步进电机快慢锁相环配合补偿时延误差,对比锁相环在未锁定和锁定两个状态下的时间抖动。最终,在2km光纤链路的传输系统中,2小时的测量时间内时钟信号千秒稳达到了10-18,时钟同步标准差低于1.1fs。

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