一種基于遠程端補償的光纖光學頻率傳遞方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖傳輸技術領域，設及一種光纖光學頻率傳遞方法，尤其是一種基 于遠程端補償的光纖光學頻率傳遞方法。
【背景技術】
[0002] 利用光纖可W高保真地傳輸光學載波頻率信號，目前光學頻率傳遞的穩定度達到 lE-15/s量級，千秒穩可W達到1E-19量級。傳遞精度在現有所有頻率傳遞技術中最高。利 用光纖傳遞光學頻率信號不僅可W滿足時間頻率領域的需求，還可W廣泛應用于精密物理 常數測量、甚長基線干設儀（VLBI)、深空探測等科學及工程應用領域。
[0003]當激光信號在光纖中傳輸時，各種環境因素如溫度和振動等，會導致傳輸光場的 相位波動，等效于激光的頻率噪聲。上述光纖噪聲會造成傳輸激光的線寬展寬，降低光學頻 率的傳遞精度。為補償光纖傳輸路徑的相位噪聲，1994年馬龍生等人提出了多普勒噪聲抑 制的方法，如圖1所示的多普勒噪聲抑制方法的原理示意圖。
[0004] 傳輸光纖位相噪聲主要是由光學路徑長度和折射率變化引起的，與傳輸方向無 關，因此可認為正向傳輸時引入的相位變化自與反向傳輸時的&&自是近似相等的，該正 是多普勒消除方法的主要依據。通過在遠程端使部分激光原路徑返回，在本地發送端可得 到返回光與參考光的拍頻信號，其包含的相位差正是：
[000引 4郵+4反向 >2<1)1恤，（1)
[0006] 據此可W參照拍頻信號上解調出的相位差利用發送端的相位補償器件（如聲光 調制器A0M)對激光進行相位/頻率噪聲的預補償，該樣就可W消除傳輸光纖噪聲的影響， 在光纖遠端得到與發送端相同的光學頻率信號。
[0007]W上述多普勒噪聲消除方法為基礎，多國研究小組開展了光纖光學頻率傳輸研 究，并取得了一定的進展。目前，德國建立了點到點式的光學頻率傳輸光纖鏈路，總長約 1840km，傳輸精度在1E-19量級。此外，有少數工作報道了頻率傳遞組網方法研究，主要是 關于點到點傳輸路徑上實現頻率信號下載，也有樹形結構的組網方案研究。
[0008] 在實際應用中，城市間的遠距離傳遞一般采用菊花鏈結構，而城區內或者園區內 適合采用星形網絡結構。但是，在目前的光纖頻率傳遞系統中，控制部分主要集中在本地 端，包括光纖噪聲的探測和補償都是在本地端進行。將現有光頻傳遞技術應用到星形網絡 結構時，本地端設備數量與用戶數有關。隨著用戶的增多，本地端不可避免地變得復雜，不 利于大規模組網。
[0009] 針對現有光纖光學頻率傳遞技術在星形網絡結構中擴網的困難，提出一種遠程端 補償傳遞技術，降低本地端系統復雜度，便于大規模組網。

【發明內容】

[0010] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于遠程端補償的光纖光 學頻率傳遞方法，其在保證相同傳輸精度的條件下，光頻傳輸裝置可使發送裝置大大簡化， 有利于擴展為單點對多點傳輸，w及進一步構造拓撲網絡。
[0011] 本發明的目的是通過W下技術方案來實現的：
[0012] 該種基于遠程端補償的光纖光學頻率傳遞方法，其首先使光信號從本地端出發， 經過傳輸光纖A傳輸到遠程端，然后利用另一根連接本地端和遠程端的光纖B，將本地端 的拍頻探測光傳輸到遠程端，在遠程端實現光纖噪聲的準確測量。
[0013] 進一步，W上方法具體為：
[0014] 光信號E從本地端出發，該光信號E的初始位相為物，經過傳輸光纖A傳輸到遠 程端，光纖A導致的激光相位延遲為(p/，光信號記為CPoi%;該光信號在遠程端被光學接收 裝置反射，并再次沿著光纖A原路返回到本地端，返回至本地端的光信號記為cpo+2柳此返 回光信號與本地參考光信號q>〇在合束器處混合，并從合束器的另一端口輸出混合光；
[0015] 然后采用另一根光纖B將該混合光傳輸到遠程接收端，在光纖B傳輸時，混合光 的兩成分斬和巧〇+2(|)/感受到相似的光纖相位噪聲q>'/，兩光分別記為(p〇+(p'j和 柳+鄒/坤'/，利用光電探測器仰）測量兩束光的拍頻信號（(p〇+2(p/Hp'/)-(巧〇+私')， 得到光纖相位噪聲信號2((V，在遠程端利用伺服控制系統實現光纖噪聲補償。
[0016] 進一步，上述光學接收裝置為法拉第旋轉鏡或部分反射鏡。
[0017] 進一步，在本地端利用聲光頻移器和法拉第旋轉鏡為核屯、器件，組成本地端邁克 爾遜干設儀式光學裝置的參考臂，消除本地端參考光與光纖傳輸路徑的反向雜散光同頻的 影響。具體為：首先將激光信號分束為兩束，其中一束信號光經由傳輸光纖A傳輸到 遠程端并被法拉第旋轉鏡（FM1)反射回本地端；其中，光纖傳輸路徑的雜散光記為U〇t+恥， 遠程端回傳信號光相位記為其中，U。為激光頻率，t是時間，斬為光纖路徑上雜 散光的隨機相位噪聲，9/是光纖導致的相位延遲；另外一束信號光則依次經過聲光頻移器 偏移激光信號的頻率，在法拉第旋轉鏡（FM0)處反射并旋轉激光的偏振態，再經過A0M0 移頻后，與從遠程端的反射光在合束器BS處拍頻；拍頻信號包括[(1)0+2/0)1-(1)0什2暫化和 兩項，通過主動或被動的濾波方式消除光纖路徑雜散光的干 擾。
[0018] 進一步，上述在遠程端利用伺服控制系統實現光纖噪聲補償具體為；首先對傳輸 到遠端的拍頻光進行光電探測得到頻率為的射頻拍頻信號，其中f。為射頻驅動頻 率，為工作頻率，對該拍頻信號進行濾波和功率穩定信號調理后再進行模擬鑒相或者數 字鑒相得到其位相噪聲，即為光纖鏈路引入的傳輸噪聲，再經過環路濾波器后反饋給遠程 端聲光調制器A0M1的驅動VC0,通過A0M1對激光的位相進行細微調節實現光纖噪聲的補 償。
[0019] 與現有技術相比，本發明具有W下有益效果：
[0020] 本發明中光纖光頻傳輸裝置遠程端補償方案，是不同于目前常見的本地補償式光 學頻率傳輸裝置的一種新方案。該方案在多普勒噪聲消除方法的基礎上，利用兩束激光在 同一光纖中傳輸時光纖引入的噪聲是共模成分的原理，創造性的將返回信號光與參考光的 混合光用另一束光纖發送到遠端進行噪聲探測和補償，實現了光纖噪聲的遠程補償。相比 于本地補償方案，本發明的本地端裝置大大簡化，有利于星形光學頻率傳輸網絡的擴展。
[0021] 進一步，本發明在光纖干設儀參考臂加入了聲光頻移器A0M0,可將拍頻參考光頻 率從V"(v。為激光初始頻率）移頻為V。+2片，避免光纖雜散光的干擾。此外，將聲光頻移 器移到參考臂，減小了光纖傳輸路徑上的光功率需求。具體如下，激光在光纖A中傳輸時， 由于散射、反射等因素引起的雜散光在激光初始頻率V。處有較大的成分。如果沒有參考 光沒有頻率移動，則遠程反射光既可W與參考光拍頻，也可W與雜散光拍頻，而且兩個拍頻 信號的頻率一致。而雜散光部分的拍頻信號不能準確反映光纖噪聲，不利于光纖噪聲的準 確測量。為防止V。頻率附近的反向雜散光在拍頻時混入參考激光中成為噪聲，通過在參 考臂加入聲光頻移器（A0M0)可W改變參考光的頻率，將參考光的拍頻信號與雜散光的拍 頻信號在頻域上進行了分離，從而提高了光纖噪聲測量的精度。法拉第旋轉鏡FM0的作用 是與遠程端的另一個FM1-起消除傳輸過程中激光偏振變化對拍頻信號的不良影響。
【附圖說明】
[0022] 圖1為多普勒噪聲抑制方法的原理示意圖；
[0023] 圖2為本發明光纖遠程端噪聲測量方案原理示意圖；
[0024] 圖3為本發明光頻傳輸遠程端補償方案本地裝置信號流圖；
[00巧]圖4為本發明光頻傳輸遠程端補償方案遠程端裝置信號流圖；
[0026] 圖5為光纖光頻傳輸遠程端補償裝置原理示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 本發明基于遠程端補償的光纖光學頻率傳遞方法：首先，使光信號從本地端出發， 經過傳輸光纖A傳輸到遠程端，然后利用另一根連接本地端和遠程端的光纖B，將本地端的 拍頻探測光傳輸到遠程端，在遠程端實現光纖噪聲的準確測量。該方法具體為：
[0028] 光信號E從本地端出發，該光信號E的初始位相為9〇,經過傳輸光纖A傳輸到遠 程端，光纖A導致的激光相位延遲為％，光信號記為斬+暫；該光信號在遠程端被光學接收 裝置反射，并再次沿著光纖A原路返回到本地端，返回至本地端的光信號記為90+2帶1此 返回光信號與本地參考光信號斬在合束器處混合，并從合束器的另一端口輸出混合光；然 后采用另一根光纖B將該混合光傳輸到遠程接收端，在光纖B傳輸時，混合光的兩成分斬 和(p()+2 (()/'感受到相似的光纖相位噪聲護/，兩光分別記為（po+cp/和柳+邸片9'/，利用 光電探測器（PD)測量兩束光的拍頻信號（90+29/坤>)-(斬+9>)，得到光纖相位噪聲信 號2斬'，在遠程端利用伺服控制系統實現光纖噪聲補償。法拉第旋轉鏡或反射鏡與聲光頻 移器一起構成本地端核屯、器件，組成本地端邁克爾遜干設儀式光學裝置的參考臂，消除本 地端參考光與光纖傳輸路徑的反向雜散光同頻的影響。
[0029] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
[0030]關鍵點1，利用另一根連接本地端和遠程端的光纖B，將本地端的拍頻探測光傳輸 到遠程端，在遠端實現光纖噪聲的準確測量。
[003。具體如下姻圖2所示，光信號巧=E，初始位相為斬，簡記為斬0從本地端出 發，經過傳輸光纖（光纖A)傳輸到遠程端，考慮到光纖導致的激光相位延遲9/'，光信號可記 為cpo+cp/。該光信號在遠程端被光學接收裝置（如法拉第旋轉鏡Ml或部分反射鏡等）反射， 并再次沿著光纖A原路返回到本地端，光信號可記為90+2斬。此返回光與本地參考光(po 在合束器（如禪合器B巧處混合，并從合束器的另一端口輸出混合光。與傳統光纖頻率傳 遞方法不同，本專利提出采用另外一根光纖（如光纖B)將該混合光傳輸到遠程接收端。在 光纖B傳輸時，混合光的兩成分（p0和(p0+2qy感覺到相似的光纖相位噪聲9'/，兩光分別 記為cpo+cp'/和90+2聲/坤'/。利用光電探測器仰）測量兩束光的拍頻信號（(p0+2q>/坤>) -(cpo+cp'P，可得到光纖相位噪聲信號2qy，測得的信號與傳統光纖噪聲抑制技術相同。基 于此，可W在遠程端利用伺服控制系統實現光纖噪聲補償（如圖2所示）。
[0032] 技術效果是，將拍頻探測光傳輸到遠程端，從而可W在遠程端實現光纖噪聲的探 測和補償。具體如下；將攜帶光纖A噪聲的返回光和