[发明专利]一种在光纤光频链路中的中继方法及实现该方法的中继站

说明书

本发明公开了一种在光纤光频链路中的中继方法及实现该方法的中继站，该方法是以上一级光纤链路的信号作为种子光，实现对种子光的一部分的接收、放大和向下一级光纤链路的发送；种子光的另一部分被反射原路返回上一级链路，同时接收下一级光纤链路的部分返回光用作拍频抑制噪声，以实现放大过程引入相位噪声的抑制。本发明可以很好的解决相位噪声抑制过程中控制带宽窄的问题，而且有适应复杂的链路、结构简单、成本低等优点。本发明设计的光纤光频链路中继站可以应用于光学原子钟比对、超高精度光钟信号传输、光纤时间频率系统组网、引力波探测等高科技领域。

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，涉及中继方法和中继站，尤其是一种在光纤光频链路中的中继方法及实现该方法的中继站。

背景技术

随着光纤通信技术的飞速发展和光钟的成功研制，高精度的时间频率信号传递也发生着巨大的变革。目前，锶原子光钟的不稳定度和不确定度均已达到10^-18/天的量级。传统的时间频率信号通过卫星链路以微波的方式实现远距离的传输，传输稳定度只能达到10^-16/天的量级，其传输精度已经不能满足高精度光钟信号的远距离传输。因此基于光纤链路的可以直接传输光频信号的技术则显示出巨大的技术优势。我国拥有丰富的光纤链路资源，而且光纤在通讯波段1550nm(C波段)具有极低的损耗(0.2dB/km)。然而由于光纤链路通过架设和地埋等方式铺设而成，容易受到外界环境的干扰，如震动和温度等；此外，光信号在光纤中传输时，随着距离的增加损耗也会积累，从而造成信号质量的恶化。因此，要实现光频信号在光纤中稳定的进行远距离传输，就必须要解决传输过程中的损耗和易受干扰等问题。

目前，欧美发达国家已经相继开展了利用光纤链路传递高精度光学频率信号的研究，并且已经取得了相当可喜的成果。2012年德国Max-Planck-Institut fürQuantenoptik(MPQ)和Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)的研究小组利用光纤相位噪声抑制技术实现了对外界环境干扰进行抑制，抑制效果达到50dB以上，同时利用20个双向掺铒光纤放大器和两个布里渊放大器补偿光信号在传输过程中功率损耗。最终在1840km的光纤链路上实现了光频信号4×10^-19/100s的高稳定度传输。但是该方案存在三点缺陷：一，该方案由于需要将信号光直接传输1840km并且需要一部分光返回用于相位噪声抑制，因此整个系统的控制带宽很窄，只有十几Hz；二，系统两端的布里渊放大器结构复杂不稳定，容易失锁，失锁以后需要专人重新锁定；三，该方案中的光纤沿着油气管道的线路铺设，大部分都在人迹罕至的郊外，受环境影响引入的噪声很小。对于中国大部分沿着公路、铁路或者悬挂的光纤链路，根据已经发表的文献《Coherent Transfer of OpticalFrequency over 112km with Instability at the 10-20Level》，传输112km引入的噪声已经和德国1840km的噪声量相当，因此这种只进行放大的传输方案在中国的光纤链路上并没有很好的表现。

针对上述缺陷，法国在2014年提出一种中继放大的方案，即利用中继站的结构实现光频信号的远距离传输。它将传输一定距离的信号光进行相位噪声以后送入中继站中，在中继站中将一台激光器锁定到该信号光上，以此产生出一个新的传输光继续向下一级链路传输。通过这种方式可以很好的解决控制带宽和链路容易受干扰的问题。然而，这种中继方案需要中继站结构中有一台性能很好的窄线宽激光器，并且要通过频率锁定的方式工作，大大增加了中继站的复杂程度和成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种在光纤光频链路中的中继方法及实现该方法的中继站。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：