SKA光纖網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度達(dá)幾千公里，臺(tái)址地處沙漠深處，溫度變化劇烈，時(shí)有暴雨冰雹等惡劣天氣，還需要使用裸露于空氣中的架空光纜，給高精度的時(shí)頻傳輸帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。清華大學(xué)王力軍教授領(lǐng)導(dǎo)的精密測(cè)量聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室于2013年正式加入SKA信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸工作包聯(lián)盟，并負(fù)責(zé)提供SKA陣列望遠(yuǎn)鏡單元間的參考頻率同步解決方案。
Square Kilometre Array (SKA)是一項(xiàng)由多個(gè)國(guó)家參與的國(guó)際大科學(xué)工程，旨在建設(shè)世界最大、最靈敏的分布式綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡。SKA將建在澳大利亞和南非，有效接收面積約為1平方公里，相當(dāng)于140個(gè)足球場(chǎng)的面積。數(shù)千面望遠(yuǎn)鏡之間保持高精度的時(shí)頻同步是SKA正常工作的前提。
SKA光纖網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度達(dá)幾千公里，臺(tái)址地處沙漠深處，溫度變化劇烈，時(shí)有暴雨冰雹等惡劣天氣，還需要使用裸露于空氣中的架空光纜，給高精度的時(shí)頻傳輸帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。目前國(guó)際上還沒(méi)有類似的大規(guī)模，高可靠性，高精度的光纖頻率同步網(wǎng)絡(luò)。
基于光纖的頻率傳輸與同步技術(shù)近些年來(lái)發(fā)展迅速，并不斷涌現(xiàn)出新的方案和應(yīng)用。清華大學(xué)王力軍教授領(lǐng)導(dǎo)的精密測(cè)量聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在該領(lǐng)域有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和成果，2013年該團(tuán)隊(duì)正式加入SKA信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸工作包聯(lián)盟，并負(fù)責(zé)提供SKA陣列望遠(yuǎn)鏡單元間的參考頻率同步解決方案。
針對(duì)SKA的應(yīng)用需求，該課題組創(chuàng)新性地提出了一種不對(duì)稱的相位噪聲補(bǔ)償方案，通過(guò)人為設(shè)置頻率差，顯著提高對(duì)系統(tǒng)中非線性效應(yīng)和非理想器件泄漏的抑制效率，使系統(tǒng)具有抵抗劇烈環(huán)境溫度變化的能力。相關(guān)工作發(fā)表在Chinese Optics Letters 2018年第1期上 (Xi Zhu, et al., Robust fiber-based frequency synchronization system immune to strong temperature fluctuation )。
該論文通訊作者王波博士介紹道：“目前這套頻率分發(fā)同步系統(tǒng)，無(wú)論從同步精度還是環(huán)境適應(yīng)性方面，均超額滿足SKA的使用需求，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、易擴(kuò)容，十分適合SKA的大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)于其他有類似使用需求的工程應(yīng)用也有借鑒意義。”
目前該高精度頻率分發(fā)同步系統(tǒng)被選為SKA- 澳大利亞陣列望遠(yuǎn)鏡的頻率同步方案，2018年將進(jìn)入采購(gòu)和工程建設(shè)階段。
(a) 夜晚的SKA效果圖（由SKA組織提供）；(b)清華團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的適用于SKA復(fù)雜使用環(huán)境的高精度頻率分發(fā)同步系統(tǒng)原理圖；(c)該頻率分發(fā)同步系統(tǒng)外觀。
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