中科院量子光学重点实验室

研究方向5:超高精度量子时频信号传递技术及应用研究

更新时间:2020-07-03 【打印】 【关闭

量子光学重点实验室部分的学术带头人:桂有珍研究员  

  1. 研究队伍情况: 

  课题小组成员:蔡海文研究员(组长)、桂有珍研究员(副组长)、杨飞副研究员、孙延光副研究员,程楠助理研究员、鲁湛博士(博士后)

  课题小组学生:王家亮(博士研究生)、吴瑞(博士研究生)、陈亚晴(硕士研究生)、刘雷(硕士研究生)

  2. 课题简介: 

  现有的原子钟远程比对方法通常借助于卫星,例如卫星双向时间频率传递或者全球卫星定位系统等,以上方法目前能达到的频率传递不稳定度为E-15/day,时间同步精度为亚ns量级。现代微波原子钟的频率稳定度已经达到E-16/day,基于卫星的时间频率传递方法已经无法满足现有频率标准的传递要求,特别是下一代冷原子光钟将达到E-18的稳定度,更加需要发展一种更高精度的时间频率传递方法用于光钟的稳定度以及准确度的评估测量。另外,高精度时频传递系统在基本物理常数的测量、射电望远镜阵列同步、甚长基线干涉测量(VLBI)等重大科学应用领域,还有多基站雷达组网、卫星导航等军事应用领域,以及通信、金融、电力和物联网等民生领域都有着重要应用需求。光纤具有低损耗、较高的可靠性以及抗电磁干扰能力强等优点,利用光纤链路传递时频信息可以实现更高精度时间频率同步。目前利用光纤传输发展超高精度的中远程时频传递技术已经成为国际的研究热点。 

 

  光纤时频传递在多领域应用示意图   

  本课题组在国内最先开展了高精度时频传递与量子定位的研究工作。目前开展以下几个方向的研究:

  (1)针对未来冷原子光钟的远距离时频比对需求,研究长距离超高精度激光时频传递技术。其中包括长距离超高精度光学频率比对技术,长距离皮秒级时间同步技术等。

  (2)光纤高精度时间频率传递技术应用研究,基于课题组当前时频传递技术研究基础,开展光纤时频传递技术应用探索。应用方向主要面向原子钟时频计量、射电望远镜阵列同步、雷达组网、卫星导航和5G通信与车联网等领域。

  (3)满足下一代更高时频同步精度需求的基于量子纠缠的导航定位技术研究。   

  

  2  本课题组部分研究成果展示:注入锁定相干光频传递技术

  

  3  本课题组部分研究成果展示:长距离微波频率传递技术

  

  本课题组部分研究成果展示:自由空间微波频率传递技术

  

  本课题组部分研究成果展示:极端恶劣沙漠环境下氢钟信号无损传输及应用(200km)

  

  本课题组部分研究成果展示:超高精度量子时间同步研究 

   

  本课题组部分研究成果展示:国内学生首次在国际频控与欧洲时频论坛联合会议获奖(2019,美国)

  课题组近些年发表的部分论文与专利:

  国际期刊论文:

  1)Y. Chen, M. Jiang, N. Cheng, R. Wu, J. Wang, Y. Sun, F. Yang, F. Pang, Y. Gui, H. Cai. Stable Radio Frequency Transfer over Free Space by Passive Phase Correction [J]. IEEE Photonics Journal,2019, 11(6): 1-8

  2)M. Jiang, Y. Chen, N. Cheng, Y. Sun, J. Wang, R. Wu, F. Yang, H. Cai, Y. Gui. Multi-Access RF Frequency Dissemination Based on Round-Trip Three-Wavelength Optical Compensation Technique Over Fiber-Optic Link [J]. IEEE Photonics Journal, 2019, 11(3): 1-8.

  3) Zitong Feng, Xi Zhang, Rui Wu, Zhidan Ding, Fei Yang, Yanguang Sun, Nan Cheng, Youzhen Gui, Haiwen Cai. High-stability and multithreading phase-coherent receiver for simultaneous transfer of stabilized optical and radio frequencies [J]. Optics Letters, 2019, 44(10): 2418-2421.

  4) Z. Feng, X. Zhang, R. Wu, Y. Sun, F. Wei, F. Yang, Y. Gui, H. Cai. High-Gain Optical Injection Locking Amplifier in Phase-Coherent Optical Frequency Transmission [J]. IEEE Photonics Journal, 2019, 11(1): 7200909.

  5) Jialiang Wang, Chaolei Yue, Yueli Xi, Yanguang Sun, Nan Cheng, Fei Yang, Mingyu Jiang, Jianfeng Sun, Youzhen Gui, Haiwen Cai. Fiber-optic joint time and frequency transfer with the same wavelength [J]. Optics Letters, 2020, 45(1): 208-211.

  6) Zitong Feng, Fei Yang, Xi Zhang, Dijun Chen, Fang Wei, Nan Cheng, Yanguang Sun, Youzhen Gui, Haiwen Cai. Ultra-low noise optical injection locking amplifier with AOM-based coherent detection scheme [J]. Scientific Reports, 2018, 8(1): 13135.

  国内期刊论文:

  1)应康, 桂有珍, 孙延光, 程楠, 熊晓锋, 王家亮, 杨飞, 蔡海文. 200 km沙漠链路高精度光纤时频传递关键技术研究 [J]. 物理学报, 2019, 68(06): 060602(封面论文)

  2)熊晓锋, 杨飞, 桂有珍, 蔡海文, 苏觉, 朱祖勍. 光纤通信网中波长选择开关的时频传递性能研究 [J]. 中国激光, 2018, 45(01): 0106003.

  发明专利:

  1)高精度光纤频率传输系统,授权号:CN201710019313.5,授权日期:2019.2.26,发明人:杨飞 、冯子桐、张茜、蔡海文、桂有珍、程楠、魏芳

  2)一种光学频率标准传递中的超低噪声放大器,授权号:CN201710693022.4,授权日期:2019.9.20,发明人:蔡海文、冯子桐、杨飞、张茜、桂有珍、程楠、魏芳

  3)高精度光纤时频环形组网系统和组网方法;专利号:ZL201610035779.X;申请日:2016-01-20;授权日:2018-04-17;发明人:陈炜、刘琴、程楠、徐丹、蔡海文、桂有珍、杨飞

  4)高精度光纤时频信号同步网络;专利号:ZL201710016495.0;申请日:2017-01-10;授权日:2018-07-13;发明人:杨飞、王家亮、熊晓锋、蔡海文、桂有珍、程楠、魏芳