技术特征：
1.一种基于线性光学采样的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，包括近端、远端和数据比对处理系统(23)；所述近端包括第一时钟分配系统(2)、第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)、第一λ1双光梳干涉系统(5)、第一λ2双光梳干涉系统(6)、第一采样模块(7)、第二采样模块(8)、第一数据处理系统(9)、λ1光学滤波系统(10)、第一色散补偿系统(11)；第一时钟分配系统(2)，用于将输入的时钟信号a分为两束，分别输出给第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)；第一光梳同步锁定系统(3)，用于输出重复频率为f1的光梳信号，相位与时钟信号a同步；第一光梳异步锁定系统(4)用于输出重复频率为f1+δf的光梳信号，相位与时钟信号a同步；第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)产生的光梳信号光谱范围覆盖λ1与λ2；第一λ1双光梳干涉系统(5)，用于对第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)输出光梳信号进行滤波，得到波长在波分复用通道λ1的带限光梳信号，再对滤波所得两信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间参考信号；第一采样模块(7)，用于对所述时间参考信号进行采集，并记录信号峰值位置对应的时刻并将发送给第一数据处理系统(9)；λ1光学滤波系统(10)，用于对第一光梳异步锁定系统(4)输出的光梳信号进行滤波，获得在λ1通道的带限光梳信号，并通过信道传递至远端的第二色散补偿系统(22)；第一色散补偿系统(11)，用于对远端的λ2光学滤波系统(21)经过信道传递来的信号进行色散补偿；第二λ2双光梳干涉系统(6)，用于将第一光梳异步锁定系统(4)输出的光梳信号与第一色散补偿系统(11)输出信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间测量信号；第二采样模块(8)，用于对所述时间测量信号进行采集，并记录该信号峰值位置对应的时刻并将发送给第一数据处理系统(9)；第一数据处理系统(9)，用于根据计算得到近端的测量时间差信息所述远端包括第二时钟分配系统(13)、第二光梳异步锁定系统(14)、第二光梳同步锁定系统(15)、第二λ2双光梳干涉系统(16)、第二λ1双光梳干涉系统(17)、第三采样模块(18)、第四采样模块(19)、第二数据处理系统(20)、λ2光学滤波系统(21)、第二色散补偿系统(22)；第二时钟分配系统(13)，用于将输入的时钟信号b分为两束分别输出给第二光梳同步锁定系统(15)以及第二光梳异步锁定系统(14)；第二光梳同步锁定系统(15)用于输出重复频率为f1的光梳信号，相位与时钟信号b同步；第二光梳异步锁定系统(14)用于输出重复频率为f1+δf的光梳信号，相位与时钟信号b同步；第二光梳同步锁定系统(15)、第二光梳异步锁定系统(14)产生的光梳信号光谱范围覆盖λ1与λ2；λ2双光梳干涉系统(16)，用于对第二光梳同步锁定系统(15)、第二光梳异步锁定系统(14)输出光梳信号进行滤波，得到波长在波分复用通道λ2的带限光梳信号，再对滤波所得两信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间参考信号并将其输入第三采样模块(18)；
第三采样模块(18)，用于对输入的时间参考信号进行采集，并记录该信号峰值位置对应的时刻并将发送给第二数据处理系统(20)；λ2光学滤波系统(21)，用于对第二光梳同步锁定系统(15)输出信号进行滤波，获得在λ2通道的带限光梳信号，并通过信道传递至近端的第一色散补偿系统(11)；第二色散补偿系统(22)，用于对λ1光学滤波系统(10)经过信道传递来的信号进行色散补偿；第二λ1双光梳干涉系统(17)，用于将第二光梳同步锁定系统(15)输出信号与第二色散补偿系统(22)输出信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间测量信号并将其发送给第四采样模块(19)；第四采样模块(19)，用于对输入的时间测量信号进行采集，并记录该信号峰值位置对应的时刻并将发送给第二数据处理系统(20)；第二数据处理系统(20)，用于根据计算得到远端的测量时间差所述数据比对处理系统(23)，用于对第一数据处理系统(9)、第二数据处理系统(20)输出的时间差信息进行处理，获得时间比对结果δt＝α(δt
a-δt
b
)并将其发送给远端对时钟信号b进行修正；α为等效时间尺度参数。2.根据权利要求1所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，所述远端根据对比结果δt对时钟信号b进行修正，使时钟信号b进行δt/2的延时，最终获得同步的两地时间差。3.根据权利要求1所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，α＝δf/f1；f1为时钟信号a的整数倍。4.根据权利要求1或2或3所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，所述时钟信号a为具有近端时间频率信息的电信号，所述时钟信号b为具有远端时间频率信息的电信号。5.根据权利要求1或2或3所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，第一光梳同步锁定系统(3)包括第一同步相位跟踪系统(31)、第一光学频率梳(32)；第一同步相位跟踪系统(31)包括两输入，其中一路输入为时钟信号a，另一路输入为第一光学频率梳(32)输出的重频f1的信号，第一同步相位跟踪系统(31)用于对是指信号a与第一光学频率梳(32)提供的信号进行鉴相，获得携带两路信号相对相位差信息的误差信号，并提供给第一光学频率梳(32)的输入端，使得第一光学频率梳(32)输出的重频f1信号相位与时钟信号a保持一致。6.根据权利要求1或2或3所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，第一光梳异步锁定系统(4)包括第一异步相位跟踪系统(41)、第二光学频率梳(42)；第一异步相位跟踪系统(41)有两输入，其中一路输入为时钟信号a，另一路输入为第二光学频率梳(42)输出的重复频率为f1+δf的光梳信号；第二同步相位跟踪系统(41)对时钟信号a与第二光学频率梳(42)提供的信号进行鉴相，获得携带两路信号相对相位差信息的误差信号，并提供给第二光学频率梳(42)的输入端，使得第二光学频率梳(42)输出的信号相位与时钟信号a保持一致。7.根据权利要求1或2或3所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，第一λ1双光
梳干涉系统(5)包括第一λ1波分复用器(51)、第二λ1波分复用器(52)、第一2
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2耦合器(53)和第一平衡探测器(54)；第一λ1波分复用器(51)用于对第一光梳同步锁定系统(3)输出的重复频率为f1的光梳信号进行光学滤波；第二λ1波分复用器(52)用于对第一光梳异步锁定系统(4)输出的光信号进行光学滤波；第一λ1波分复用器(51)与第二λ1波分复用器(52)的输出信号通过第一2
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2耦合器(53)进行干涉，输出两路光信号；第一2
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2耦合器(53)输出的两路光信号作为第一平衡探测器(54)的两路输入端，第一平衡探测器(54)的输出信号，作为第一数据采样模块7的输入。8.根据权利要求1或2或3所述的超高精度双向时间同步装置，其特征在于，第一λ2双光梳干涉系统(6)包括第一λ2波分复用器(61)、第二λ2波分复用器(62)第二2
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2耦合器(63)和第二平衡探测器(64)；第一λ2波分复用器(61)用于对第一光梳异步锁定系统(4)输出的光信号进行光学滤波；第二λ2波分复用器(62)用于对第一色散补偿系统(11)的输出信号进行滤波，波长选择及带宽选择与第一λ2波分复用器(61)一致；第一λ2波分复用器(61)与第二λ2波分复用器(62)输出信号通过第二2
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2耦合器(63)进行干涉，输出两路光信号；第二2
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2耦合器(63)输出的两路光信号作为第二平衡探测器(64)的两路输入端，第二平衡探测器(64)输出信号作为第二采样模块(8)的输入。9.一种基于线性光学采样的超高精度双向时间同步方法，其步骤包括：在近端，第一时钟分配系统(2)将输入的时钟信号a分为两束，分别输出给第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)；第一光梳同步锁定系统(3)输出重复频率为f1的光梳信号，相位与时钟信号a同步；第一光梳异步锁定系统(4)输出重复频率为f1+δf的光梳信号，相位与时钟信号a同步；第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)产生的光梳信号光谱范围覆盖λ1与λ2；第一λ1双光梳干涉系统(5)对第一光梳同步锁定系统(3)、第一光梳异步锁定系统(4)输出光梳信号进行滤波，得到波长在波分复用通道λ1的带限光梳信号，再对滤波所得两信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间参考信号；第一采样模块(7)对所述时间参考信号进行采集，并记录信号峰值位置对应的时刻并将发送给第一数据处理系统(9)；λ1光学滤波系统(10)对第一光梳异步锁定系统(4)输出的光梳信号进行滤波，获得在λ1通道的带限光梳信号，并通过信道传递至远端的第二色散补偿系统(22)；第一色散补偿系统(11)对远端的λ2光学滤波系统(21)经过信道传递来的信号进行色散补偿；第二λ2双光梳干涉系统(6)，用于将第一光梳异步锁定系统(4)输出的光梳信号与第一色散补偿系统(11)输出信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间测量信号；第二采样模块(8)对所述时间测量信号进行采集，并记录该信号峰值位置对应的时刻并将发送给第一数据处理系统(9)；第一数据处理系统(9)根据计算得到近端的测量时间差信息在远端，第二时钟分配系统(13)将输入的时钟信号b分为两束分别输出给第二光梳同步锁定系统(15)以及第二光梳异步锁定系统(14)；第二光梳同步锁定系统(15)输出重复频率为f1的光梳信号，相位与时钟信号b同步；第二光梳异步锁定系统(14)输出重复频率为f1+δf的光梳信号，相位与时钟信号b同步；第二光梳同步锁定系统(15)、第二光梳异步锁定系统(14)产生的光梳信号光谱范围覆盖λ1与λ2；λ2双光梳干涉系统(16)对第二光梳同步锁定系统(15)、第二光梳异步锁定系统(14)输出光梳信号进行滤波，得到波长在波分复用通道
λ2的带限光梳信号，再对滤波所得两信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间参考信号并将其输入第三采样模块(18)；第三采样模块(18)对输入的时间参考信号进行采集，并记录该信号峰值位置对应的时刻并将发送给第二数据处理系统(20)；λ2光学滤波系统(21)对第二光梳同步锁定系统(15)输出信号进行滤波，获得在λ2通道的带限光梳信号，并通过信道传递至近端的第一色散补偿系统(11)；第二色散补偿系统(22)对λ1光学滤波系统(10)经过信道传递来的信号进行色散补偿；第二λ1双光梳干涉系统(17)将第二光梳同步锁定系统(15)输出信号与第二色散补偿系统(22)输出信号进行干涉，获得放大时间尺度的时间测量信号并将其发送给第四采样模块(19)；第四采样模块(19)对输入的时间测量信号进行采集，并记录该信号峰值位置对应的时刻并将发送给第二数据处理系统(20)；第二数据处理系统(20)根据计算得到远端的测量时间差所述数据比对处理系统(23)对第一数据处理系统(9)、第二数据处理系统(20)输出的时间差信息进行处理，获得时间比对结果δt＝α(δt
a-δt
b
)并将其发送给远端对时钟信号b进行修正；α为等效时间尺度参数。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述远端根据对比结果δt对时钟信号b进行修正，使时钟信号b进行δt/2的延时，最终获得同步的两地时间差；α＝δf/f1，f1为时钟信号a的整数倍。
技术总结
本发明公开了一种基于线性光学采样的超高精度双向时间同步装置及方法。本发明用于解决双向时间同步测量精度受限及系统复杂的问题，其特点是通过同步、异步锁定方法直接将远近端时钟信号加载到光频梳上，实现微波信号精度向光频梳的传递；通过线性光学采样方法替代已有双向时间同步的远近端，实现两端时间差的高精度测量；通过色散补偿技术实现对信道传递光信号质量的恢复；通过数据处理模块实现等效延时补偿量的计算，并反馈远端时钟从而实现时间同步。本发明与现有技术相比完全避免了双向时间同步测量精度受限于测量脉冲上升沿的问题，同时完全不依赖超稳腔进行锁定，可显著提升双向时间同步技术的测量能力并降低系统复杂性。杂性。杂性。
技术研发人员：郭弘 陈子扬 罗斌 吴腾
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/3/30