优化的电光调制器反馈控制：提升1PPS光纤时频传输稳定性

本文主要探讨了应用于光纤时频传递秒脉冲信号（1PPS）的马赫-曾德尔调制器（MZM）偏置点反馈控制系统的设计与实现。电光调制器是光纤通信中的关键元件，它通过电信号控制光的幅度、相位或频率，对于高精度的时间同步至关重要。1PPS，即每秒一次脉冲，常用于时间基准同步，因此其传输稳定性对于许多应用场景，如卫星通信、粒子加速器和精密测量等，具有极高要求。 系统的核心思想是将电光调制器的偏置点设置在传输特性曲线的最小值点（Null）和正斜率正交点（Quad+）之间的线性区域内。这样做的好处在于，这个区域的响应相对平坦，有利于减少输出信号的失真。系统利用光电二极管（PIN）监测输出的1PPS信号在低电平电压下的波动，这些波动反映了偏置点的漂移。通过对测量到的电压信号进行数字处理，系统能够实时地调整调制器的偏置点，从而实现稳定传输。 本文还深入研究了反馈控制理论，将所设计的系统与基于微扰理论的商业偏置点稳定系统进行了对比实验。微扰理论通常用于处理小幅度的系统偏差，而本文的方法则能有效抑制大范围的漂移，证明了新系统在抵抗外部干扰和保持1PPS信号传输稳定性的效能上更具优势。 实验结果显示，该反馈控制系统的应用显著提高了1PPS的传递性能。1PPS传递时延的峰峰值仅为174 ps，均方根值（RMS）为18 ps，这在长时间运行下，例如平均时间为104 s，1PPS的时间阿伦方差（TDEV）进一步降低到了1.7 ps。这一数值的优化意味着系统具有更高的时间同步精度，对于依赖于精确时间同步的应用来说，这是一个重大的改进。 这篇论文不仅介绍了电光调制器反馈控制系统的具体设计，而且还通过严谨的理论分析和实验验证了其在秒脉冲传输中的优越性能。这对于光纤光学通信技术的发展，特别是对需要高精度时间同步的领域，具有重要的实际意义。