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我国实现远距离高损耗自由空间高精度时频传递

来源:

中国科学报

  中国科学技术大学潘建伟院士及其同事张强、彭承志、姜海峰等实现远距离高损耗自由空间高精度时间频率传递实验,在大气噪声、链路损耗、传输延迟效应等多角度仿真高轨卫星星地高精度时频传递,验证了基于中高轨卫星实现万秒E-18量级稳定度的星地时频传递的可行性,为未来空间光频标科学实验和洲际光钟频率传递和比对奠定基础。该成果4月6日在线发表于《光学》。

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不同轨道星地高精度时频传递示意图

  高精度的时频传递和比对技术,在计量科学、相对论检验、引力波探测、广域量子通信、深空导航定位等方面具有重要应用价值。由于具有最高准确度,频率标准在精密测量和国际计量体系中居于核心地位。目前,新型光频标技术精准程度已经比原有“秒”定义频标好两个数量级。国际计量组织计划2026年讨论“秒”定义变更,技术路线图的重要一环就是洲际E-18量级光频标的时间频率比对。超长距离高精度时频传递和比对,是目前国际计量和精密测量亟需解决的难题,星地传递方式被认为是解决该问题的最可行方案。

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  16公里时频传递地面实验装置图:(a)实验选址和实物图(b)实验原理图(c)线性光学采样光路图

  潘建伟团队选用双光梳线性光学采样的时间测量技术路线,相对于多频微波、单光子等测量方法,该路线兼具高测量分辨率和断光续传可靠性等优点,但实现方式较为复杂。他们全面分析了星地链路损耗、多普勒效应、链路时间非对称、大气引入噪声等因素,认为高轨卫星链路具有更长的过境和共视时间、更低的多普勒效应,更有利于实现高稳定的星地时频比对和传递链路。

  该团队从大气噪声、链路损耗和延迟时间方面,设计了高轨星地时频传递链路模拟实验。他们通过低噪声光梳放大等一系列关键技术攻关,在上海市区搭建16公里水平大气自由空间高精度的双光梳时频传递链路,在72分贝平均链路损耗和模拟长达1秒链路传输延迟下,成功实现了远距离高损耗自由空间高精度时频传递。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1364/OPTICA.413114



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