SKA光纖網絡長度達幾千公里,臺址地處沙漠深處,溫度變化劇烈,時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,給高精度的時頻傳輸帶來巨大的挑戰。清華大學王力軍教授領導的精密測量聯合實驗室于2013年正式加入SKA信號與數據傳輸工作包聯盟,并負責提供SKA陣列望遠鏡單元間的參考頻率同步解決方案。
Square Kilometre Array (SKA)是一項由多個國家參與的國際大科學工程,旨在建設世界最大、最靈敏的分布式綜合孔徑望遠鏡。SKA將建在澳大利亞和南非,有效接收面積約為1平方公里,相當于140個足球場的面積。數千面望遠鏡之間保持高精度的時頻同步是SKA正常工作的前提。
SKA光纖網絡長度達幾千公里,臺址地處沙漠深處,溫度變化劇烈,時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,給高精度的時頻傳輸帶來巨大的挑戰。目前國際上還沒有類似的大規模,高可靠性,高精度的光纖頻率同步網絡。
基于光纖的頻率傳輸與同步技術近些年來發展迅速,并不斷涌現出新的方案和應用。清華大學王力軍教授領導的精密測量聯合實驗室在該領域有豐富的研究經驗和成果,2013年該團隊正式加入SKA信號與數據傳輸工作包聯盟,并負責提供SKA陣列望遠鏡單元間的參考頻率同步解決方案。
針對SKA的應用需求,該課題組創新性地提出了一種不對稱的相位噪聲補償方案,通過人為設置頻率差,顯著提高對系統中非線性效應和非理想器件泄漏的抑制效率,使系統具有抵抗劇烈環境溫度變化的能力。相關工作發表在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:“目前這套頻率分發同步系統,無論從同步精度還是環境適應性方面,均超額滿足SKA的使用需求,并且結構簡單、易操作、易擴容,十分適合SKA的大規模應用,對于其他有類似使用需求的工程應用也有借鑒意義。”
目前該高精度頻率分發同步系統被選為SKA- 澳大利亞陣列望遠鏡的頻率同步方案,2018年將進入采購和工程建設階段。
(a) 夜晚的SKA效果圖(由SKA組織提供);(b)清華團隊設計的適用于SKA復雜使用環境的高精度頻率分發同步系統原理圖;(c)該頻率分發同步系統外觀。