光频标远程光纤精密传输系统项目摘要

本项目首先采用高精细度光学谐振腔和光外差光谱技术，研制1.5μm波长Hz量级线宽稳频激光器。在此基础上研究光纤传输位相噪声对Hz量级线宽激光频谱特性的影响，利用激光在光纤中双程传输和光外差检测技术，获取光纤传输过程中位相噪声信号，通过反馈控制系统实现对窄线宽激光光纤传输过程的位相伺服控制，抑制光纤位相噪声对激光线宽的附加展宽，进行中程（小于50Km）传输实验。提出在1.5μm波段光纤远程光频标精密传输可行的窄线宽激光中继放大及光纤位相噪声抑制技术，研制中继站样机，进行远程（50Km 50Km）中继接力光频标精密传输，传输系统附加线宽小于1Hz，频率稳定度达到 E-16 量级，并实现光频标在光纤通信系统中的传输。该项目的完成将为我国目前进行的光频标研究所需开展的光钟远程比对、光频标向远程用户精密传输以及提高定位精度和网络同步精度、开展天体与地球物理精密测量等研究提供关键技术。

近十年来，光频标研究取得了令人嘱目的研究成果，光钟的频率不稳定度和不确定度都已达到了10^(-18)量级。如此高精度的光钟将在精密物理测量、计量科学、地球物理、精确定位和精密光谱学方面开辟新的应用领域。其中的很多应用都需要将高精度的光频标精密传输到远端用户，而目前的空间时/频传输系统远达不到如此高的精度，为此我们开展了光频标远程光纤精密传输系统的研究：（1）采用振动免疫结构光学谐振腔和光外差光谱技术，研制成1.5 µm波长亚赫兹线宽稳频激光器，激光最可几线宽已压缩到 0.3 Hz，频率不稳定度达到8.6×10^(-16)（1秒平均时间），频率漂移率小于0.1 Hz/s。（2）系统地研究了室内外光纤系统的传输位相噪声和它对传输亚赫兹线宽激光相干性的影响；采用激光光纤双程传输和光外差检测技术获取光纤传输过程中的位相噪声信号，并通过反馈控制光纤入射光的位相来补偿光纤输出光的传输位相噪声。采用该技术，我们分别在50 km室内裸光纤和32 km城市通讯光纤系统中实现了窄线宽稳频激光的远程精密传输，由光纤传输引入的频率不稳定度分别为2×10^(-17)和3.5×10^(-17)(1秒平均时间)，当积分时间为10000秒时，它们的频率不稳定度都为3×10^(-19)，传输系统的附加线宽小于1 mHz；并在32 km城市光纤通信系统中实现了亚赫兹线宽稳频激光的精密传输，传输后的激光线宽仍能保持在0.3 Hz。（3）研制成远程中继再生放大传输系统，在室外32 km和室内50 km裸光纤中实现了（32 km 50 km）的中继激光相干接力传输，由光纤和中继相干接力引入的频率不稳定度在4×10^(-17)（1秒积分时间）和3×10^(-19)（5小时积分时间），传输附加线宽小于1 mHz。已全部完成项目的既定研究内容、实现预期目标和全面超过验收指标。上述指标能满足当今最好光钟应用的需要，为我国建立光纤光频标网络提供了新的技术路线。 2100433B

2001年8月,西藏阿里光缆铺通，我国所有地区都进入光传输时代，东部发达地区，已做到光纤入大楼。有些发达地区光纤已普及到桌面，大型光纤工程有:大西洋电缆TAT-9计划，可同时传输8万路电话。日美合作太平洋光缆长13000KM。我国干线通信光缆速度已达40×2.5Gbps。光纤传输系统技术由华裔诺贝尔物理学奖获得者、曾任香港中文大学校长九年之久的“光纤之父”高锟,一九六六年七月认定了廉价的玻璃是最可用的透光材料的论文发表在英国电子工程学会的年报上，而文章发表之日，后世即视之为光纤通讯诞生之时。

关键技术三 全光网的管理、控制和运作

全光网对管理和控制提出了新的问题：①现行的传输系统(SDH)有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题；②由于表示网络状况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题；③在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。从现阶段的WDM全光网发展来看，网络的控制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需解决的技术。

在传输方面，光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一。DWDM系统的传统基础是掺饵光纤放大器（EDFA）。光纤在1.55μm窗口有一较宽的低损耗带宽（3OTHz），可以容纳DWDM的光信号同时在一根光纤上传输。研究表明，1590nm宽波段光纤放大器能够把DWDM系统的工作窗口扩展到1600nm以上。

贝尔实验室和NH的研究人员已研制成功实验性的DBFA。这是一种基于二氧化硅和饵的双波段光纤放大器，它由两个单独的子带放大器组成：一个是传统1550nm EDFA（1530-1560nm），另一个是1590nm的扩展波段光纤放大器EBFA和EDFA（工作波长1570-1605nm），EBFA和EDFA的结合使用，可使DWDM系统的带宽增加一倍以上（75nm），为信道提供更大的空间，从而减少甚至消除了串话。因此，1590nmEBFA对满足不断增长的高容量光纤系统的需求迈出了重要的一步。