近日,中國科學(xué)院國家授時(shí)中心張首剛、董瑞芳和劉濤研究員團(tuán)隊(duì)牽頭,成功完成西安至湖北段2061公里單纖雙波長時(shí)間傳遞系統(tǒng)的設(shè)備安裝與性能測試,標(biāo)志著我國建成全球首個(gè)突破2000公里的ps級穩(wěn)定度光纖時(shí)間傳遞工程應(yīng)用系統(tǒng)。相關(guān)成果以《Time transfer over a 2061km telecommunication fiber-optic networks with single-fiber and two-wavelength》為題發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Chinese Optics Letters,并作為期刊封面,發(fā)表在2025年第4期。
“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)” 是國家授時(shí)中心承建的 “十三五” 國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,建成后將成為國際規(guī)模最大、性能最先進(jìn)的地基授時(shí)系統(tǒng),為衛(wèi)星導(dǎo)航、深空探測等戰(zhàn)略領(lǐng)域提供核心支撐。此次建成的光纖時(shí)間傳遞系統(tǒng)作為該設(shè)施的關(guān)鍵組成部分,通過單纖雙波長技術(shù)實(shí)現(xiàn)超長距離高精度時(shí)間頻率傳輸,為后續(xù)全國兩萬多公里光纖授時(shí)網(wǎng)建設(shè)奠定了技術(shù)基石。

圖1 2061公里實(shí)地兩省光纖鏈路的地理分布圖
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對傳統(tǒng)長距離光纖時(shí)間傳遞中信號衰減、相位噪聲累積等挑戰(zhàn),創(chuàng)新采用單纖雙波長(1549.32nm/1548.51nm)波分-時(shí)分復(fù)用接入技術(shù),通過波長分離規(guī)避后向散射干擾,利用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多用戶。系統(tǒng)集成數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù),將10MHz頻率信號倍頻至125MHz,結(jié)合精密溫度控制(板級五點(diǎn)溫控,波動±0.15℃),有效抑制環(huán)境噪聲對傳輸穩(wěn)定性的影響,顯著提升測量精度。

圖2 2061公里實(shí)地光纖鏈路的時(shí)差數(shù)據(jù)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,該系統(tǒng)在2061公里實(shí)地光纖鏈路上實(shí)現(xiàn)了5.6ps@1秒和3.1?ps?@40000秒的時(shí)間傳遞穩(wěn)定度,如圖3所示。同步偏差平均52ps,系統(tǒng)不確定度41.8ps,達(dá)到國際領(lǐng)先。

圖3 2061公里實(shí)地光纖鏈路上時(shí)間傳遞穩(wěn)定度(TDEV)

圖4 2061公里實(shí)地光纖鏈路上10MHz頻率傳遞穩(wěn)定度(ADEV)
此次2061公里光纖時(shí)間傳遞系統(tǒng)的建成,是“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)”建設(shè)的重要里程碑,標(biāo)志著我國在超長距離光纖時(shí)間傳遞技術(shù)上實(shí)現(xiàn)從“千公里”到“兩千公里”的跨越,助力我國在地基授時(shí)領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先地位。