北大科研團隊在高精度時間頻率傳遞領(lǐng)域取得重要進展

高精度時鐘與時頻傳遞，以及在此基礎(chǔ)上形成的高精度時空網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是實現(xiàn)大空間尺度下多設(shè)備協(xié)同的核心要素，在定位、導(dǎo)航、定時等領(lǐng)域具有重要研究價值。整個時鐘網(wǎng)絡(luò)潛能的激發(fā)依賴于網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點間光鐘、微波鐘完全互聯(lián)及全網(wǎng)的時鐘精度共享。時鐘網(wǎng)絡(luò)中，高精度的頻率比對可以通過基于超穩(wěn)光源的光頻傳遞實現(xiàn)，而直接比對兩地時鐘產(chǎn)生的“嘀嗒”時間信號則需要通過“交換”脈沖來實現(xiàn)。

微波鐘相比于更高性能的光鐘，其優(yōu)勢在于成本低、尺寸小。然而，受限于較差的相位噪聲，兩微波鐘的遠距時間同步成為了制約高精度時頻網(wǎng)潛能充分發(fā)揮的關(guān)鍵一環(huán)。

近日，電子學(xué)院郭弘教授帶領(lǐng)的北京大學(xué)-北京郵電大學(xué)聯(lián)合研究團隊在上述瓶頸問題上取得突破。團隊提出一種基于雙光梳增強微波鐘時間同步能力的方法，并在205.86公里的商用光纖上進行了演示（如圖1所示）。該方法通過高精度光學(xué)鎖定、線性光學(xué)采樣、高魯棒的定時信息鑒別、高效數(shù)據(jù)處理等方法，將兩地微波鐘的同步殘余時間偏差壓低至6.23飛秒（時間偏差1秒的平均時間下，如圖2所示），接近使用光鐘做參考源的同步水平。這項工作不僅克服了高相位噪聲參考源對時鐘同步的影響，還解決了長距離光纖傳輸導(dǎo)致光頻梳信號損傷，進而影響同步精度的問題。該工作的結(jié)果使得光頻梳的高時間分辨特性可以更大程度被現(xiàn)有的光纖基礎(chǔ)設(shè)施兼容，促進了基于光纖體系的時頻網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

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相關(guān)成果以“Dual-comb-enhanced microwave clock synchronization over commercial fiber”為題，以封面文章（圖3）的形式在線發(fā)表于美國光學(xué)學(xué)會旗下頂刊《光學(xué)》（Optica，11卷，9期，1268—1276頁）。

北京大學(xué)電子學(xué)院助理研究員陳子揚為論文第一作者，郭弘與北京郵電大學(xué)羅斌教授為論文共同通信作者，其他論文作者包括北京大學(xué)電子學(xué)院博士研究生于東睿（已畢業(yè)）、張宇飛，以及北京郵電大學(xué)喻松教授、碩士研究生盧干斌。該項工作由區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室北京實驗區(qū)（依托北京大學(xué)）和信息光子學(xué)與光通信國家重點實驗室（依托北京郵電大學(xué)）合作完成。該項工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃（H863計劃）以及國家重點實驗室基金等項目支持。

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