高精度的時頻傳遞和比對技術,在計量科學、相對論檢驗、引力波探測、廣域量子通信、深空導航定位等方面具有重要應用價值。由于具有最高準確度,頻率標準在精密測量和國際計量體系中居于核心地位。目前,新型光頻標技術精準程度已經比原有“秒”定義頻標好兩個數量級。國際計量組織計劃2026年討論“秒”定義變更,技術路線圖的重要一環就是洲際E-18量級光頻標的時間頻率比對。超長距離高度時頻傳遞和比對,是目前國際計量和精密測量亟需解決的難題,somenteofertas.com,星地傳遞方式被認為是解決該問題的最可行方案。

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相關論文信息:https://doi.org/10.1364/OPTICA.413114

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潘建偉團隊選用雙光梳線性光學采樣的時間測量技術路線,相對于多頻微波、單光子等測量方法,該路線兼具高測量分辨率和斷光續傳可靠性等優點,但實現方式較為復雜。他們全面分析了星地鏈路損耗、多普勒效應、鏈路時間非對稱、大氣引入噪聲等因素,認為高軌衛星鏈路具有更長的過境和共視時間、更低的多普勒效應,更有利于實現高穩定的星地時頻比對和傳遞鏈路。

不同軌道星地高精度時頻傳遞示意圖

該團隊從大氣噪聲、鏈路損耗和延遲時間方面,設計了高軌星地時頻傳遞鏈路模擬實驗。他們通過低噪聲光梳放大等一系列關鍵技術攻關,在上海市區搭建16公里水平大氣自由空間高精度的雙光梳時頻傳遞鏈路,在72分貝平均鏈路損耗和模擬長達1秒鏈路傳輸延遲下,成功實現了遠距離高損耗自由空間高精度時頻傳遞。

中國科學技術大學潘建偉院士及其同事張強、彭承志、姜海峰等實現遠距離高損耗自由空間高精度時間頻率傳遞實驗,smithbarnettfurniture.com,在大氣噪聲、鏈路損耗、傳輸延遲效應等多角度仿真高軌衛星星地高精度時頻傳遞,驗證了基于中高軌衛星實現萬秒E-18量級穩定度的星地時頻傳遞的可行性,為未來空間光頻標科學實驗和洲際光鐘頻率傳遞和比對奠定基礎。該成果4月6日在線發表于《光學》。

16公里時頻傳遞地面實驗裝置圖:(a)實驗選址和實物圖(b)實驗原理圖(c)線性光學采樣光路圖