光学相位噪声抵消

近日，上海交通大学的科研人员报告了一种光学相位噪声抵消技术，该技术通过将光学相位噪声信息无源地嵌入到射频信号中，并通过光学相位扰动引入的相位噪声量对光频率信号进行预校正。由于开环设计，不需要鉴相器和有源伺服控制器，从而减轻了传统相位噪声消除中的一些技术问题，例如有限的补偿速度和有限的相位/定时抖动。实验结果表明，该技术与传统技术保持相同的延迟限制带宽和相位噪声抑制能力，但显着缩短了响应速度和相位恢复时间。在光学频率标准比较和未来光学原子钟工具领域，无源解耦光学相位微扰是一种强大的技术，目前正在研究这些技术，以重新定义国际时标。与微波时钟相比，以光学频率计时的时钟将时间划分为更细的间隔，因此提供了前所未有的精度，比以前可用的时钟系统高出两个数量级，精确的时钟网络有可能在精确导航和定时、射电天文学、基于时钟的大地测量学、基础物理测试、地质灾害观测，甚至是未来暗物质和引力波探测。

图1. 使用光纤中具有无源相位噪声消除技术的光频率传输示意图。为了有效地评估光频率传播的性能，测量了链路输出端的相位稳定光与PD2获得的本地参考光之间的拍频。AOM，声光调制器；FM，法拉第镜；DDS，直接数字合成器；EDFA，掺fiber光纤放大器；PD，光电探测器；FD，分频器；PC能量合波器。粉色和黄色曲线分别代表电信号和光信号。

实验设置如图1所示，在实验室频率传输系统中使用了一个145km的光纤线路。为了克服超过30dB的单向衰减，两个低噪声掺铒光纤放大器（EDFA）系统均匀分布在整个链路长度上，放大器位于光纤链路的中间和末端。利用自由空间光学原理建立了一个干涉仪，其中只有当本振子和传输的信号路径处于同一位置时，光才能在光纤中传播。与之前的无源温度稳定光纤干涉仪和有源温度稳定光纤干涉仪相比，利用自由空间光学可以很容易地控制环路外相位噪声，这可以通过简单地将所有组件封装在装满泡沫的铝盒中来实现的。设置????=45MHz，????=75MHz和????=10MHz，从而使自由运行链路和稳定链路的环外拍频分别为30MHz和40MHz。所有的射频参考信号均由铷钟同步直接数字合成器（DDS）提供。频率选择原则主要由AOM1和RF带通滤波器的带宽决定，其3 dB带宽分别为∼20MHz和∼5MHz。测试结果如图2所示。

图2 （a）145 km的自由运行光纤链路（黑色曲线）和带有相位噪声消除方案的稳定链路（绿色曲线）的实测相位噪声PSD。灰线是基于方程1的理论预测。（b）测得的145 km自由运行光纤链路（蓝色三角形）和由非平均得出的稳定链路（红色圆圈）的分数频率不稳定性。还显示了测得的干涉仪的本底噪声（灰色方块）。