利用(yong)SLICE-OPL將GPS的長期穩(wen)定(ding)性(xing)轉(zhuan)移(yi)到Vescent RUBRIComb™ 光(guang)學(xue)頻(pin)率(lv)梳(shu)的重復頻(pin)率(lv)上(shang)。

摘要(yao)

我們演示(shi)了SLICE-OPL偏(pian)移鎖(suo)相(xiang)伺(si)服器可以(yi)便(bian)利(li)的(de)將Vescent RUBRIComb™ 光(guang)纖(xian)頻(pin)率(lv)梳(shu)的重復頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)到用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)的(de)射頻(pin)震蕩(dang)器。在接(jie)下(xia)來的舉例(li)中，SLICE-OPL時鐘被SRS FS752 GPS-disciplined oven-controlled crystal oscillator (OCXO)約束。在這(zhe)套配(pei)置中， SRS FS752的穩(wen)定性(xing)被轉移(yi)到頻(pin)率(lv)梳(shu)模式(shi)上(shang)，在超過2小時的(de)時間(jian)跨(kua)度中，使得(de)分(fen)數(shu)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)小(xiao)於(yu)3E-12。

引(yin)言

頻(pin)率(lv)梳(shu)因其將(jiang)微波和(he)射頻(pin)（RF）域(yu)的(de)頻(pin)率(lv)耦(ou)合(he)到光(guang)域(yu)的(de)能力而(er)受到重視。頻(pin)率(lv)梳(shu)的每個(ge)“齒"或模式(shi)都(dou)是由這(zhe)種(zhong)關系聯系在壹(yi)起的。

(1) ƒn=ƒCEO+n·ƒrep

每個(ge)梳(shu)式(shi)模(mo)式(shi)的(de)頻(pin)率(lv)ƒn僅取(qu)決於(yu)兩個(ge)梳(shu)式(shi)參(can)數(shu)：載(zai)波包絡(luo)偏(pian)移頻(pin)率(lv)ƒCEO和重復頻(pin)率(lv)ƒrep。根(gen)據方(fang)程(cheng)將這(zhe)兩個(ge)參(can)數(shu)的(de)穩定(ding)性(xing)傳遞(di)到每壹(yi)個(ge)梳(shu)型(xing)。

通(tong)過將這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)鎖(suo)定(ding)到穩定的頻(pin)率(lv)標準，頻(pin)率(lv)梳(shu)成(cheng)為實(shi)驗(yan)室(shi)中所(suo)有(you)其他(ta)激(ji)光(guang)器的精(jing)確(que)頻(pin)率(lv)參(can)考(kao)。

重復頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)的(de)方法(fa)是將這(zhe)兩個(ge)參(can)數(shu)直(zhi)接(jie)鎖(suo)定(ding)到射頻(pin)源(yuan)。在這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)中，重點是使用(yong)穩定(ding)的頻(pin)率(lv)源(yuan)進行(xing)鎖(suo)定(ding)ƒrep

，因為正(zheng)如上(shang)面的公式(shi)所(suo)示，每(mei)個(ge)頻(pin)率(lv)梳(shu)模式(shi)的(de)不穩定性(xing)大(da)約(yue)按其模(mo)態(tai)數(shu)n放(fang)大(da)。對(dui)於(yu)光(guang)學(xue)模(mo)式(shi)，這(zhe)個(ge)因(yin)子通(tong)常大於~106。幸運的是，GPS規(gui)範的(de)振蕩(dang)器易於訪(fang)問，具有(you)成(cheng)本(ben)效(xiao)益的頻(pin)率(lv)標準，可以依賴於(yu)頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)。此(ci)外，即(ji)使(shi)頻(pin)率(lv)不(bu)穩定性(xing)增加(jia)到光(guang)域(yu)，n，分(fen)數(shu)頻(pin)率(lv)不(bu)穩定性(xing)保(bao)持不(bu)變，允許(xu)這(zhe)些(xie)低(di)成(cheng)本(ben)射頻(pin)源(yuan)的z*越(yue)性(xing)能(neng)通(tong)過頻(pin)率(lv)梳(shu)到光(guang)域(yu)。

圖 1所(suo)示為使(shi)用(yong)SLICE-OPL便(bian)利(li)的(de)將重復頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)RUBRIComb到RF參(can)考(kao)信(xin)號(hao)的壹(yi)般方(fang)法(fa)。 在設(she)置過程中，頻(pin)率(lv)計(ji)數器也參(can)考(kao)頻(pin)率(lv)梳(shu)調諧的GPS輔(fu)助信(xin)號(hao)。

在這(zhe)裏我(wo)們演示(shi)了壹(yi)種(zhong)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)，通(tong)過SLICE-OPL偏(pian)移鎖(suo)相(xiang)伺(si)服器便(bian)利(li)的(de)將Vescent RUBRIComb-100頻(pin)率(lv)梳(shu)的ƒrep鎖(suo)定(ding)到GPS-derived信(xin)號(hao)。SLICE-OPL設計(ji)用(yong)於鎖(suo)相(xiang)射頻(pin)信(xin)號(hao)，在這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)ƒrep轉換(huan)為由(you)內部直(zhi)接(jie)數(shu)字(zi)合(he)成(cheng)器（DDS）生成(cheng)的(de)可(ke)編(bian)程(cheng)的(de)信(xin)號(hao)。將DDS時鐘引(yin)用(yong)到 GPS-disciplined OCXO的10 MHz音調，將ƒrep的穩(wen)定性(xing)鏈(lian)接(jie)到GPS信(xin)號(hao)，正(zheng)如我們將通(tong)過環(huan)外不(bu)穩定性(xing)測(ce)量顯(xian)示(shi)的(de)那樣(yang)。

將ƒrep鎖(suo)定(ding)到 GPS-DISCIPLED OCXO 上(shang)

將頻(pin)率(lv)梳(shu)的重復頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)到用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)的(de)射頻(pin)參(can)考(kao)信(xin)號(hao)的設置如(ru)圖1所(suo)示。RUBRIComb-100 的 ƒCEO參(can)數(shu)由(you) Vescent SLICE-FPGA-II 數字(zi)反饋(kui)控(kong)制(zhi)器鎖(suo)定(ding)，SLICE-OPL 控制(zhi)ƒrep反饋(kui)回路。由於(yu) ƒCEO的不(bu)確定(ding)度不隨模數n比例(li)增大(da)，根(gen)據等(deng)式(shi)二，射頻(pin)源(yuan)的不(bu)穩定(ding)性(xing)相(xiang)對(dui)於(yu)總的光(guang)模(mo)不(bu)穩定性(xing)在被鎖(suo)定(ding)的(de)參(can)數(shu)上(shang)有(you)著微不(bu)足道的貢獻。因此(ci)，我(wo)們強調頻(pin)率(lv)梳(shu)ƒrep RF Out信(xin)號(hao)要經過濾波以(yi)隔(ge)離基(ji)模(mo)。來自SRS FS752 GPS-disciplined OCXO的10 MHz信(xin)號(hao)連(lian)接(jie)到SLICE-OPL參(can)考(kao)端(duan)口(kou)（Ref. In）。SLICE-OPL配(pei)置為使(shi)用(yong)該(gai)信(xin)號(hao)來穩定(ding)其內部DDS的頻(pin)率(lv)。決定(ding)DDS頻(pin)率(lv)的(de)SLICE-OPL目標頻(pin)率(lv)被設置為頻(pin)率(lv)的(de)標準重復頻(pin)率(lv)（100MHz）。

在鎖(suo)捕獲(huo)期(qi)間(jian)，SLICE-OPL信(xin)號(hao)濾波器最初(chu)設(she)置為應(ying)用(yong)壹(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)比(bi)例(li)積(ji)分(fen)器濾波器，其PI角為200 Hz，比例(li)增益為-10 dB。鎖(suo)定啟動後(hou)，可(ke)以(yi)調整(zheng)這(zhe)兩個(ge)值(zhi)，以平衡維(wei)持鎖(suo)定和保(bao)持光(guang)學(xue)頻(pin)率(lv)梳(shu)梳齒的短(duan)期(qi)穩定性(xing)（即(ji)瞬時線寬(kuan)）的並列需求。通(tong)過有(you)目的(de)地(di)將PI角設(she)置為低(di)頻(pin)率(lv)，可(ke)以在獲(huo)得(de)RF參(can)考(kao)[1]長期穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)優(you)勢(shi)的同時，保(bao)留自(zi)由運行頻(pin)率(lv)梳(shu)y越(yue)的分(fen)數(shu)頻(pin)率(lv)穩(wen)定性(xing)。為了成(cheng)功(gong)鎖(suo)定(ding)捕獲(huo)，頻(pin)率(lv)梳ƒrep必須(xu)在DDS頻(pin)率(lv)的(de)幾(ji)Hz範圍(wei)內。為了驗證ƒrep在此範圍(wei)內，需要(yao)將壹(yi)個(ge)頻(pin)率(lv)計(ji)數器臨時連(lian)接(jie)到SLICE-OPL監(jian)視器端口(kou)（Beat Out）。我們通(tong)過使用(yong)射頻(pin)分(fen)配(pei)器，使計數(shu)器可以(yi)引(yin)用(yong)與SLICE-OPL相同(tong)的GPS-disciplined 源(yuan)。手動調諧RUBRIComb振蕩(dang)器腔體溫度，來使自(zi)由運行的ƒrep在100 MHz上(shang)下(xia)的10Hz範圍(wei)內。壹(yi)旦滿足這(zhe)個(ge)條(tiao)件，頻(pin)率(lv)梳(shu)振蕩(dang)器腔PZT被啟用(yong)，通(tong)過打開SLICE-OPL伺服(fu)鎖(suo)定(ding)ƒrep。頻(pin)率(lv)梳(shu)的PZT慢(man)伺服(fu)，通(tong)過緩慢(man)調節(jie)振蕩(dang)器腔的(de)溫度來保(bao)持PZT電壓在其調制(zhi)範圍(wei)內居(ju)中來保(bao)持長時間(jian)的(de)鎖(suo)定(ding)。

圖 2外環(huan)頻(pin)率(lv)不(bu)穩定測量配(pei)置。相(xiang)位(wei)噪聲分(fen)析(xi)儀(yi)（Microchip 53100A）將ƒrep signal與來自第(di)二個(ge)GPS-disciplined振蕩(dang)器的10 MHz信(xin)號(hao)進行比較(jiao)。

圖 3艾(ai)倫(lun)偏(pian)差測(ce)量。重復頻(pin)率(lv)和(he)srs FS752 GPS信(xin)號(hao)（紅色）之間(jian)測(ce)量的分(fen)數(shu)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)與直(zhi)接(jie)測(ce)量兩個(ge)GPS信(xin)號(hao)時的(de)分(fen)數(shu)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)（藍(lan)色(se)）相(xiang)當。在1550 nm附近(jin)測(ce)量了光(guang)學(xue)不(bu)穩定性(xing)。

環(huan)外不(bu)穩定性(xing)測(ce)量

在兩次(ci)Allan偏(pian)差測(ce)量中的第(di)壹(yi)次測量中，使用(yong)圖2中的配(pei)置將(jiang)ƒrep與第(di)二個(ge)GPS-derived信(xin)號(hao)進行比較(jiao)。射頻(pin)分(fen)配(pei)器被移除(chu)，計數(shu)器被相位(wei)噪聲分(fen)析(xi)儀(yi)（Microchip 53100a）取代(dai)。另(ling)壹(yi)個(ge) GPS-disciplined OCXO 設備(bei)（SRS FS740）連(lian)接(jie)到相位(wei)噪聲分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)另(ling)壹(yi)個(ge)通(tong)道。在第(di)二次(ci)Allan偏(pian)差測(ce)量中，直(zhi)接(jie)將(jiang)SRS FS752信(xin)號(hao)與SRS FS740信(xin)號(hao)進行比較(jiao)。這(zhe)些(xie)GPS裝置的(de)選(xuan)擇(ze)是基於手頭(tou)可(ke)用(yong)的設(she)備。

這(zhe)些(xie)測量結(jie)果(guo)清(qing)楚(chu)地(di)表(biao)明(ming)，SRS FS752的頻(pin)率(lv)穩(wen)定的傳遞(di)到頻(pin)率(lv)梳(shu)重復頻(pin)率(lv)。每(mei)次測量的分(fen)數(shu)穩(wen)定(ding)性(xing)如(ru)圖3所(suo)示。由(you)於ƒrep的不(bu)穩定(ding)性(xing)在光(guang)學(xue)狀態(tai)中占主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)，我們可以(yi)根(gen)據ƒrep（右(you)軸）的測量分(fen)數(shu)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)來近(jin)似中心(xin)梳(shu)頻(pin)率(lv)（左(zuo)軸）的光(guang)學(xue)不(bu)穩定性(xing)。

結(jie)論

我們演示(shi)了如何(he)利(li)用(yong)SLICE-OPL將Vescent RUBRIComb重復頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)到GPS-disciplined OCXO這(zhe)種(zhong)配(pei)置將(jiang)GPS的長期穩(wen)定(ding)性(xing)傳遞(di)給(gei)光(guang)學(xue)頻(pin)率(lv)梳(shu)的梳齒。