一种分布式光纤光学频率传递方法及系统

本发明涉及了光纤频率传递，具体涉及了一种分布式光纤光学频率传递方法及系统。

背景技术：

1、原子冷却技术的进步使得光钟系统能够稳定运行并且输出具有极高精度的光频信号。光频信号的稳定度和不确定度达到了10-18量级，这是一个非常高的精度水平。这种高精度的光频信号在多个重要领域如导航授时、引力波探测、精密光谱测量和测地学等发挥着不可或缺的作用。例如，在导航授时领域，高精度的光频信号能够提高定位和授时的准确性；在引力波探测中，精确的光频信号有助于更精准地探测引力波引起的微小时空扭曲；在精密光谱测量方面，高精度光频信号可以提高光谱测量的分辨率；在测地学中，能实现更精确的大地测量等。随着各个领域对高精度光频信号需求的增长，多用户对这种高精度的光学频率信号有了需求。为了满足这种需求，基于光纤的高精度光学频率信号传递技术成为研究热点。光纤具有传输损耗低、带宽大等优点，适合进行高精度光频信号的传递。

2、增加响应发送端数量的方案虽然可以尝试满足多用户对高精度光频信号的需求，但存在明显的问题。首先是成本很高，这意味着需要投入大量的资金用于设备、建设和维护等方面。其次，该方案不容易扩大用户容量，无法很好地适应不断增长的用户需求，限制了其在实际应用中的扩展性。

3、在发送端增加反射点的方案旨在让多用户在接收端获取链路附加噪声信息以实现噪声抑制，从而获得高精度光频信号。然而，随着用户数量的增加，该方案会出现严重的问题。由于多次反射，用户间的光频信号会相互串扰，这会恶化用户获得的光信号的光信噪比。光信噪比的恶化不利于实现大容量的高精度光学频率分布式传递，从而限制了该方案在满足多用户高精度光频信号需求方面的有效性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种分布式光纤光学频率传递方法及系统，用于解决用户间无法实现大容量的高精度光学频率分布式传递的技术问题。

2、本发明的目的是由以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种分布式光纤光学频率传递系统，包括发送端以及对应的若干接收端，所述发送端与若干接收端通过光纤链路连接；

4、所述光信号传输模块用于将激光器生成的激光分为参考光和调制光，再将调制光进行正移频处理，得到第一光信号，将第一光信号通过波分复用处理以及光纤链路传输至对应若干接收端中，并接收各接收端的返回光；

5、所述信号处理模块用于将参考光和各接收端返回光进行拍频处理后，得到第一射频信号；将所述第一射频信号进行相位处理后，得到第一射频信号的瞬时频率值，将瞬时频率值转换为传递光信号传输至各接收端；

6、所述接收端包括信号传递模块和信号驱动模块，所述信号传递模块用于将接收到的光信号传输模块输出的第一光信号进行调制处理，将调制后的部分第一光信号作为返回光反射至发送端；

7、所述信号驱动模块用于将接收到的传递光信号转换为瞬时频率值后，驱动信号传递模块中调制后的第一光信号进行负移频处理，得到作用在接收端用户的光学频率信号。

8、作为本发明的进一步改进，所述光信号传输模块沿着信号传输方向依次包括：第一耦合器、第一调制器、第一波分复用器；第一耦合器与第一调制器之间还设置有第一法拉第旋光镜；

9、所述第一耦合器用于将激光分为参考光和调制光；

10、所述第一调制器用于对调制光进行正移频处理，处理后的调制光作为第一光信号经过第一波分复用器以及光纤链路传输后至各接收端；

11、所述第一波分复用器用于将第一调制器输出的第一光信号和信号处理模块输出的传递光信号进行合并处理，通过接收端对应数量的光纤链路传输至各接收端；

12、所述第一法拉第旋光镜用于将参考光反射至信号处理模块。

13、作为本发明的进一步改进，所述信号处理模块包括光电探测器、相位处理模块和光发送器；

14、所述光电探测器设置在第一耦合器和第一波分复用器之间，用于将参考光和各接收端返回光进行拍频处理后，得到各接收端对应的第一射频信号；

15、所述相位处理模块用于对第一射频信号进行相位处理，得到第一射频信号的瞬时频率信号，将所述瞬时频率信号施加至光发送器；所述光发送器用于将瞬时频率信号转换为传递光信号，通过接收端对应数量的光纤链路传输至对应接收端。

16、作为本发明的进一步改进，所述相位处理模块包括功分放大器、若干接收端对应数量的频率处理子模块；频率处理子模块依次包括滤波器、信号调理单元、二分频器、iq鉴相器以及相位延展单元；

17、所述功分放大器用于将第一射频信号划分为接收端对应数量份，分别传输至频率处理子模块中；

18、在频率处理子模块中，利用对滤波器所述第一射频信号滤波处理，再通过信号调理单元和二分频器处理后，得到包含光纤附加相位噪声的第二射频信号；

19、所述第二射频信号经过iq鉴相器，以及相位延展单元处理后，得到瞬时频率值。

20、作为本发明的进一步改进，所述信号传递模块包括：第二波分复用器、第二调制器、第三耦合器以及第三调制器；所述第三耦合器后还设置有第二法拉第旋光镜；

21、所述第二波分复用器用于将光信号传输模块输出的第一光信号和信号处理模块输出的传递光信号进行分波处理；

22、所述第三耦合器用于将第二波分复用器输出的第一光信号分为两部分，一部分作为返回光，另一部分作为第二光信号；所述第二光信号经过第三耦合器后传输至第三调制器；所述返回光经过第二法拉第旋光镜反射后，通过光纤链路返回至信号处理模块中；

23、所述第三调制器用于将第二光信号进行负移频处理。

24、作为本发明的进一步改进，所述信号驱动模块设置在第二波分复用器和第三调制器之间，包括光接收器和驱动器；

25、信号处理模块输出的传递光信号通过光接收器后，转换为瞬时频率信号，所述瞬时频率信号通过驱动器驱动第三调制器。

26、作为本发明的进一步改进，所述系统中还包括第一射频发生器和第二射频发生器；

27、所述第一射频发生器设置在发送端的第一调制器侧，第一射频发生器生成的射频信号作用在第一调制器上；

28、所述第二射频发生器设置在接收端的第二调制器侧，第二射频发生器生成的射频信号作用在第二调制器上。

29、第二方面，本发明提供了一种分布式光纤光学频率传递方法，基于上述的分布式光纤光学频率传递系统实现，包括：

30、将激光器产生的激光分为参考光和调制光；

31、将调制光进行正移频处理，得到第一光信号，将所述第一光信号进行波分复用处理以及光纤链路传输后，分别传输至对应若干接收端中；

32、第一光信号经过各接收端调制处理后，得到经过反射后得到接收端的返回光，所述返回光与参考光进行拍频处理后得到各接收端对应的第一射频信号；

33、将所述第一射频信号进行相位处理后，得到第一射频信号的瞬时频率值；

34、将所述瞬时频率值转换为传递光信号，通过光纤链路传输至各接收端，根据所述瞬时频率值对接收端中调制后的第一光信号进行负移频处理后，得到作用在接收端用户的光学频率信号。

35、作为本发明的进一步改进，所述瞬时频率值为：

36、

37、式中，为瞬时频率值，为第一频率，为第二频率，为光纤附加噪声相位，为第一相位，为第二相位，t为时间，为调制光的相位和值随时间的变化情况，所述第一频率和第一相位在调制光进行正移频处理时得到，所述第二频率和第二相位在调制光经过各接收端调制处理得到，所述相位和值为第一相位、第二相位以及光纤附加噪声相位的和值。

38、作为本发明的进一步改进，所述作用在接收端用户的光学频率信号，具体包括：

39、

40、式中，e6为最终的光学频率信号，为激光器输出调制光的初始频率，为瞬时频率值，为第一频率，为第二频率，为光纤附加噪声相位，为第一相位，为第二相位，为激光器输出调制光的初始相位，为已调制的第一光信号进行负移频处理后对应的相位变化情况，为激光器产生的调制光；所述第一频率和第一相位在调制光进行正移频处理时得到，所述第二频率和第二相位在调制光经过各接收端调制处理得到。

41、本发明的有益效果在于：本发明的分布式光纤光学频率传递系统，采用分布式结构，包括发送端以及若干接收端，根据实际需求灵活扩展接收端的数量，适用于不同规模的应用场景。通过光纤链路连接发送端和接收端，利用光纤的低损耗特性，可以实现远距离的频率传递，覆盖较大的地理范围。通过将激光器生成的激光分为参考光和调制光，在发送端通过光信号传输模块和信号处理模块处理后，实现了相位噪声抑制，以及大容量的高精度光学频率分发，通过接收端信号传递模块以及信号驱动模块处理后，能够实现高精度、低损耗的光学频率传递。确保各个接收端接收到与发送端相同的光学频率信号，从而提高整个系统的稳定性和可靠性。对第一射频信号进行相位处理并转换为传递光信号，以及在接收端进行负移频处理等操作，保证了频率传递的准确性和稳定性。将第一光信号通过波分复用处理和光纤链路传输至对应接收端，提高了信号传输的效率和可靠性，减少了信号之间的干扰，可以使用户获得高质量的光学频率信号。