[发明专利]相干光频传递中继系统及中继方法

说明书

一种相干光频传递中继系统及中继方法，该系统通过第一级的相干光接收装置将经上一级光纤链路长距离传输的光频参考信号进行低噪声放大，并将放大后的光信号返回给上一级光纤链路；通过第二级的相干光接收和噪声补偿装置将放大后的光信号输出给下一级光纤链路、将输入的返回光信号进行低噪声放大，并对光频标准信号在下一级光纤链路中传输时引入的相位噪声进行补偿，使得远地端接收到的光频参考信号相位锁定于发射端光频参考信号的相位。本发明的技术方案很好的解决了超长距离光频参考信号传输环路锁相带宽的限制及信号的衰减问题，大大提高了光频参考信号传输时的单跨放大距离和传递精度。

技术领域

本发明涉及一种光纤链路中光信号传递的中继系统及中继方法。特别的，涉及一种相干光频标准信号传递中继系统及中继方法。

背景技术

高精度频率标准传递技术在时频度量学和基本物理量的精密计量中有很重要的意义。光钟的远程比对需要光频传递系统的传递精度在千秒时间尺度下可以达到10^-18量级，这远远的超出了使用卫星链路作为传递媒介进行频率比对的性能。因此，基于光纤的高精度光学频率传递技术应运而生。

目前，基于光纤的频率传递技术已经使得千公里量级的光学频率标准传递和比对成为可能，但是在长距离的传递中此项技术仍然存在以下问题：1.该方案需要将传递到远端的光信号返回本地端以获取光频标准信号在光纤链路传递中引入的相位噪声，随着距离的增长，系统的反馈带宽会随之减小，通常千公里量级的光纤链路对应的反馈带宽会减小到几十Hz，这使得光频标准信号的传递精度大大降低；2.需要在链路中放置多个双向掺铒光纤放大器(EDFA)或光纤布里渊放大器(FBA)来对损失的光功率进行补偿。双向EDFA具有很宽的光放大带宽，链路中的端面反射、瑞利散射光均会对EDFA产生不必要的光反馈，触发EDFA的受激效应，使得双向EDFA的增益通常会被限制为18-20dB，多个双向EDFA级联会显著降低传递光频标准信号的信噪比从而劣化光频传递的稳定性；FBA的优点是光放大带宽小(通常小于30MHz)，从而避免了瑞利背向散射信号的放大对放大器增益和传递稳定性的影响，然而，为了保证放大的效果，通常布里渊泵浦激光的光频需要锁定在被放大光信号的光频上，增加了系统的复杂度，需要专人维护。

为了解决上述两点问题，“Chiodo N,Quintin N,Stefani F,et al.Cascadedoptical fiber link using the internet network for remote clocks comparison[J].Optics Express,2015,23(26):33927-33937.”提出了对于长距离光频标准信号传递，利用多个中继站分段进行相位噪声补偿的方法，可以较好的解决长距离光信号传输时光纤链路长度对传输系统反馈带宽的限制及信号的衰减问题。然而，这种中继站结构依然存在两点缺陷：1.这种中继站结构只考虑了对前一级的输入光信号的放大，并没有对下一级光纤链路传递过来的光信号进行放大，因此单跨放大距离依然受限，在法国进行的1100km光钟比对实验中，相距280km的两个中继站之间还需放置3个双向EDFA进行辅助放大，这样势必会对光信号的信噪比有一定程度的劣化；2.在对前一级输入光信号放大时，采用了光锁相环的方案，将系统内的一台高性能窄线宽激光器输出相位锁定在输入光频标准信号上，此窄线宽激光器的价格通常很高，大大增加了此中继站的成本。

发明内容

本发明正是为了解决现有技术中存在的问题，提出了一种相干光频传递中继系统及中继方法。

根据本发明的一个目的，提供了一种相干光频传递中继系统，该系统包括：相干接收装置，用于接收经上一级光纤链路长距离传输的光频参考信号，将接收到的光信号进行低噪声放大，并将一部分放大后的光信号返回给上一级光纤链路；相干光接收和噪声补偿装置，用于将放大后的光信号输出给下一级光纤链路、将输入的返回光信号进行低噪声放大，并对光频标准信号在下一级光纤链路中传输时引入的相位噪声进行补偿。