時間(頻率)是基本物理量之一,許多物理量與它相關(guān)。隨著技術(shù)發(fā)展,實驗室中光鐘穩(wěn)定度已能達到10-18量級,并朝著10-19量級邁進;在空間中也已經(jīng)成功測試了穩(wěn)定度達到7.2 × 10-16的冷原子鐘。超高精度的時鐘信號通過自由空間鏈路進行遠距離傳輸在精密測量、基礎(chǔ)物理、深空探測、地球物理、衛(wèi)星導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用。而目前基于微波技術(shù)的時頻傳遞的日穩(wěn)定度在10-15量級,因此未來需要更高精度的時頻傳遞方式。另一方面,時間同步也是軍事、工業(yè)、通信以及金融網(wǎng)絡(luò)等涉及國防安全以及社會民生等諸多領(lǐng)域的基石,如果遭受惡意攻擊將會帶來巨大損失,但目前應(yīng)用的時間同步方案還存在許多安全性問題亟待解決,而量子信息技術(shù)為解決這些問題提供了新的視角。墨子號科學(xué)實驗衛(wèi)星在空間尺度的量子物理基礎(chǔ)實驗方面已經(jīng)取得了一系列進展,其具有豐富的光學(xué)資源也為空間時頻傳遞實驗提供了一個很好的平臺。本論文基于墨子號開展了激光時間傳遞的實驗研究,在為實現(xiàn)更高精度和更安全的時間傳遞方面做了探索。在高精度方面,我們對異步雙向激光時頻傳遞方案進行了系統(tǒng)性分析和相關(guān)測試,論證該方案能夠?qū)崿F(xiàn)日穩(wěn)定度10-17量級的時頻傳遞,并...

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
第2章 時頻傳遞的基本概念及安全性
    2.1 時頻傳遞的基本概念
        2.1.1 發(fā)展及應(yīng)用
        2.1.2 時頻傳遞的評價指標(biāo)
    2.2 高精度時頻傳遞方案
        2.2.1 微波時頻傳遞
        2.2.2 光纖激光時頻傳遞
        2.2.3 自由空間激光時頻傳遞
    2.3 時頻傳遞的攻擊
        2.3.1 時頻傳遞模式
        2.3.2 數(shù)據(jù)層攻擊
        2.3.3 物理層攻擊
    2.4 安全時頻傳遞的要求
        2.4.1 安全時頻的條件及分析
        2.4.2 常見時鐘同步協(xié)議的安全性
    2.5 小結(jié)
第3章 異步雙向激光時頻傳遞的系統(tǒng)分析及測試
    3.1 光信號及其傳播
        3.1.1 光信號的選擇
        3.1.2 光信號的傳播及大氣延時修正
    3.2 信號探測以及時間頻率源
        3.2.1 光電探測器
        3.2.2 高精度時間測量
        3.2.3 時鐘頻率源
        3.2.4 系統(tǒng)標(biāo)校
    3.3 性能分析
        3.3.1 時間比對精度及精確度
        3.3.2 時頻傳遞穩(wěn)定度
        3.3.3 時頻傳遞距離估算
    3.4 小結(jié)
第4章 基于衛(wèi)星共視的激光時頻傳遞
    4.1 墨子號量子科學(xué)實驗衛(wèi)星
    4.2 衛(wèi)星共視激光時頻傳遞的方案設(shè)計與分析
        4.2.1 基于單向鏈路的衛(wèi)星共視激光時頻傳遞
        4.2.2 基于雙向鏈路的衛(wèi)星共視激光時頻傳遞
    4.3 墨子號零基線共視激光時間比對實驗
        4.3.1 實驗方案及裝置
        4.3.2 實驗結(jié)果與分析
    4.4 墨子號千公里基線共視激光時間比對演示實驗
        4.4.1 實驗方案及裝置
        4.4.2 實驗結(jié)果與分析
    4.5 小結(jié)
第5章 基于量子密鑰分發(fā)的安全時頻傳遞方案
    5.1 量子技術(shù)在時頻傳遞中的應(yīng)用
        5.1.1 基于量子密鑰分發(fā)的安全通信
        5.1.2 基于量子糾纏的時間同步
        5.1.3 基于量子增強的精密測量
        5.1.4 基于量子糾纏及貝爾測量的安全時頻方案
    5.2 基于量子密鑰分發(fā)的安全時頻傳遞方案
    5.3 小結(jié)
第6章 星地安全時頻傳遞實驗
    6.1 實驗方案與設(shè)計
        6.1.1 地面站實驗裝置
        6.1.2 星上實驗裝置
    6.2 實驗流程、結(jié)果與分析
    6.3 小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
參考文獻
附錄A 論文規(guī)范
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果



本文編號：3768170