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随着计量科学的快速发展,光学原子钟以其超高的精度与稳定度特性,有望取代铯原子喷泉钟成为新一代的时间频率基准。将在时间产生和保持、相对论验证、卫星导航和大地测量等方面有着重要的应用。其中大多数应用需要将光钟信号进行长距离的传输。同时,基于目前实验室现状,需要将位于不同地点的几台超稳激光进行比对,验证作为光钟本地振荡器的超稳激光的水平。进行超稳激光的远程比对,主要需要做两种工作。第一,搭建一套可用于长距离超稳激光传输的动态噪声抑制系统,实现远端超稳激光信号的复现。第二,利用光梳将两种不同波长的超稳激光连接起来进行比对。 本文主要工作基于上述实验需求展开: 1.研究并搭建了一套可用于长距离超稳激光传输的动态噪声抑制系统。工作原理基于迈克尔逊干涉仪,其中光纤链路作为干涉仪的测量臂,频率稳定的激光通过光纤传递到远端,部分通过反射镜反射再次进入光纤,激光在光纤中往返传输时走过的路径相同,间隔时间很短(光纤长度/光速),认为激光在往返传输中光纤施加在光学频率上的噪声相同,通过与干涉仪参考臂比较,得到光纤的噪声信息,以声光调制器作为执行器件,建立 PID(Proportion Integration Differentiation)伺服控制系统,补偿光纤的噪声,使得远端输出的激光频率稳定。随后分析了长距离光纤光学频率传递系统的损耗模型,对系统的各个部件进行了损耗优化计算,利用光学元件、光纤元件、驱动电路和控制电路等建立了实际的实验系统,再根据实际的实验参数进行了优化调整。首先在50km的缠绕裸纤中实现对窄线宽激光的相位噪声抑制,测得传输频率不稳定度达到 2.3×10-17 (1s),附加线宽被压缩到1.67mHz。然后又通过串联两卷50km缠绕光纤来实现100km缠绕裸纤,利用已搭建好的消噪声系统,实现了实验室内100km缠绕光纤的窄线宽激光传输,得到传输频率不稳定度为 5.72×10-17(1s),附加线宽10mHz。最后利用两条54km平行的通讯光纤构成了108km的传输回路,实现对108km实际链路窄线宽激光传输的相位噪声抑制,得到传输频率不稳定度为1.59×10-16(1s)。满足当前实验室超稳激光的传输要求。 2.利用光梳对超稳激光进行了比对。研究思路是将自制698nm短腔(10cm)窄线宽激光作为光梳的参考标准,将飞秒光梳进行锁定。将商用1542nm超稳激光系统窄线宽激光信号传输到和平里院区,完成了与自制 698nm 短腔(10cm)窄线宽激光拍频比对的实验。随后利用光梳将1542nm窄线宽激光与698nm长腔(30cm)窄线宽激光进行比对,验证了698nm长腔(30cm)窄线宽激光目前所能达到的水平。首先得到1542nm窄线宽激光与698nm短腔(10cm)窄线宽激光的拍频信号不稳定度为1.6×10-15(1s)。符合之前的测试结果,证明两台激光器和传输系统正常工作。随后得到1542nm窄线宽激光与698nm长腔(30cm)窄线宽激光的拍频信号频率不稳定度为2.8×10-15(1s),结果表明了698nm长腔(30cm)窄线宽激光目前可以达到的水平。