用于便携式光学时钟的毫米波光子产生与自由空间传输技术

《Journal of Lightwave Technology》：Photonic Generation and Free-Space Distribution of Millimeter Waves for Portable Optical Clocks

　　

摘要：

稳健且便携的光学时钟有望将亚皮秒级的时间稳定性应用于更小的设备中，从而可能提升性能，并为定位与导航、雷达技术以及探索基础物理的实验提供新的应用场景。然而，目前适用于广泛传播亚皮秒级时间信号或对这些时钟进行频率比较的方法仍然有限，尤其是在开阔环境中。传统的微波时间传输技术仅能实现纳秒级的时间同步，而光学技术则面临指向精度要求高且无法在各种天气条件下运行的问题。在本文中，我们探讨了利用光学方法生成的毫米波载波作为时间-频率链接，以实现下一代便携式光学时钟的全面应用。我们提出了一种架构，能够生成90 GHz的毫米波，其残余时间不稳定度低于2×10?15, 并将其平均到10?17范围内。此外，我们还首次实现了在毫米波频段上、时间不稳定度为10?14的区域内的110米相位稳定自由空间频率比较链路。我们分析了技术及系统不确定性，并为其在分布式便携式光学时钟之间的未来时间和频率传输实验奠定了基础。