电子学院郭弘教授团队在高精度时间频率传递领域取得重要进展

高精度时钟与时频传递，以及在此基础上形成的高精度时空网络技术，是实现大空间尺度下多设备协同的核心要素，在定位、导航、定时等领域具有重要研究价值。整个时钟网络潜能的激发依赖于网络各节点间光钟、微波钟完全互联及全网的时钟精度共享。时钟网络中，高精度的频率比对可以通过基于超稳光源的光频传递实现，而直接比对两地时钟产生的“嘀嗒”时间信号则需要通过“交换”脉冲来实现。

微波钟相比于更高性能的光钟，其优势在于成本低、尺寸小。然而，受限于较差的相位噪声，两微波钟的远距时间同步成为了制约高精度时频网潜能充分发挥的关键一环。

近日，电子学院郭弘教授带领的北京大学-北京邮电大学联合研究团队在上述瓶颈问题上取得突破。团队提出一种基于双光梳增强微波钟时间同步能力的方法，并在205.86公里的商用光纤上进行了演示（如图1所示）。该方法通过高精度光学锁定、线性光学采样、高鲁棒的定时信息鉴别、高效数据处理等方法，将两地微波钟的同步残余时间偏差压低至6.23飞秒（时间偏差1秒的平均时间下，如图2所示），接近使用光钟做参考源的同步水平。这项工作不仅克服了高相位噪声参考源对时钟同步的影响，还解决了长距离光纤传输导致光频梳信号损伤，进而影响同步精度的问题。该工作的结果使得光频梳的高时间分辨特性可以更大程度被现有的光纤基础设施兼容，促进了基于光纤体系的时频网络的应用。

相关成果以“Dual-comb-enhanced microwave clock synchronization over commercial fiber”为题，以封面文章（图3）的形式在线发表于美国光学学会旗下顶刊《光学》（Optica，11卷，9期，1268—1276页）。

图3：Optica2024年9月封面

北京大学电子学院助理研究员陈子扬为论文第一作者，郭弘与北京邮电大学罗斌教授为论文共同通信作者，其他论文作者包括北京大学电子学院博士研究生于东睿（已毕业）、张宇飞，以及北京邮电大学喻松教授、硕士研究生卢干斌。该项工作由区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京实验区（依托北京大学）和信息光子学与光通信国家重点实验室（依托北京邮电大学）合作完成。该项工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划（H863计划）以及国家重点实验室基金等项目支持。