(高清版)GBT 43785-2024 光鐘性能表征及測量方法

光鐘性能表征及測量方法2024-03-15發(fā)布2024-10-01實施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I l2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4概述 5性能表征 36測量環(huán)境 7測量設(shè)備 8測量方法 9測試報告 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國量子計算與測量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC578)提出并歸口。本文件起草單位：中國計量科學(xué)研究院、中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京無線電計量測試研究所、中國信息通信研究院、深圳中國計量科學(xué)研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國空間技術(shù)研究院、國儀量子(合肥)技術(shù)有限公司、濟南量子技術(shù)研究院、中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)研究所。本文件主要起草人：林弋戈、管樺、戴漢寧、張升康、張萌、宋振飛、黃圭、姜海峰、貝曉敏、肖毅、1光鐘性能表征及測量方法本文件描述了表征光鐘性能的主要參數(shù)及其測量方法。本文件適用于光鐘設(shè)計、研發(fā)和生產(chǎn)制造過程中的性能評價。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T23717.2—2009機械振動與沖擊裝有敏感設(shè)備建筑物內(nèi)的振動與沖擊第2部分：分級GB/T27418—2017測量不確定度評定和表示3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。光頻原子鐘opticalatomicclock光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)opticalfrequencystandard利用頻率在光學(xué)波段的原子(離子)能級躍遷作為穩(wěn)定的頻率參考而建立的原子鐘。利用可獲得的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負參數(shù)。頻率穩(wěn)定度frequencystability描述取樣時間內(nèi)平均頻率隨機起伏程度的量。注1:不同取樣時間對應(yīng)不同的穩(wěn)定度量值。一般在時域用對應(yīng)取樣時間的阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差表征，在頻域用偏離載波一定帶寬的相位噪聲表征。注2:為了便于比較不同類型頻率源的特性，常用相對頻率穩(wěn)定度來表征頻率源的頻率穩(wěn)定度。相對頻率穩(wěn)定度定義為頻率穩(wěn)定度除以頻率源的中心頻率。阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差A(yù)llandeviation時長為r的相鄰兩個取樣時間內(nèi)頻率平均值之差的均方根的1/√2。2注：對于M個頻率測量數(shù)據(jù)，阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差按公式(1)計算：…………(1)式中：σ,(r)——阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差；t——取樣時間；y?——時間r內(nèi)平均頻率偏差；M——頻率取樣個數(shù)。光學(xué)頻率梳opticalfrequencycomb一種重復(fù)頻率和載波包絡(luò)相移頻率精密可控的光學(xué)信號產(chǎn)生系統(tǒng)。獲得同一臺光鐘在多個不同運行狀態(tài)下頻率差的測量活動。注：不同運行狀態(tài)指把光鐘的運行時間序列分為多個鎖定運行狀態(tài)，或把位于不同空間位置的量子參考作為多個運行狀態(tài)。4概述光鐘主要包括光學(xué)本地振蕩器、量子參考體系、鎖定系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)等組成部分，如圖1所示。鎖定系統(tǒng)鎖定系統(tǒng)信號探測單元伺服反饋單元光學(xué)本地振蕩器輸出系統(tǒng)頻率域傳遞單元空間域傳遞單元量子參考體系輸山圖1光鐘的組成結(jié)構(gòu)圖a)光學(xué)本地振蕩器：為探測量子參考躍遷提供頻率穩(wěn)定的探測激光，并為光鐘提供短期的頻率穩(wěn)定度。采用具有低膨脹系數(shù)材料制作的超穩(wěn)腔作為鐘激光預(yù)鎖定的參考腔，結(jié)合邊帶調(diào)制穩(wěn)頻技術(shù)可使鐘激光的秒穩(wěn)定度達E-16量級；采用基于低溫單晶硅參考腔的技術(shù)，可使鐘激光的秒穩(wěn)定度達到E-17量級。b)量子參考體系：利用原子(離子)等穩(wěn)定的能級躍遷作為標(biāo)準(zhǔn)頻率參考。依據(jù)量子參考體系不同，光鐘分為兩類：基于離子阱囚禁的單離子光鐘和基于光晶格囚禁的中性原子光晶格鐘。常種光頻原子躍遷作為秒的次級表示。c)鎖定系統(tǒng)：光鐘的信號探測及伺服反饋系統(tǒng)，用于探測量子參考的躍遷幾率，計算光學(xué)本地振3蕩器輸出激光頻率相對于量子參考頻率的頻率偏移，通過閉環(huán)鎖定伺服器修正光學(xué)本地振蕩器的頻率，使其穩(wěn)定在量子體系參考頻率上，實現(xiàn)光鐘閉環(huán)運行。d)輸出系統(tǒng)：用來將光鐘得到的高穩(wěn)定、高準(zhǔn)確的頻率信號輸出給用戶的子系統(tǒng)。注：光鐘輸出頻率的長距離傳輸需要采用復(fù)雜的頻率傳遞系統(tǒng)，這些傳遞系統(tǒng)屬于光鐘應(yīng)用的輔助系統(tǒng)，而非光鐘自身的子系統(tǒng)。5性能表征5.1頻率穩(wěn)定度光鐘性能表征中的頻率穩(wěn)定度采用時域上的阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征。在未說明時，默認為相對頻率穩(wěn)定度。按照測量方法不同，表示為不同頻率穩(wěn)定度參數(shù)。a)利用被測光鐘自身測量得到的頻率穩(wěn)定度。使用光鐘自身輸出的數(shù)據(jù)測量和計算，按照優(yōu)先級由高到低的順序可選用如下參數(shù)。——分時間交替自比對頻率穩(wěn)定度：簡稱分時自比對穩(wěn)定度，表征預(yù)先設(shè)定的不同運行參數(shù)對光鐘頻率的影響程度，用于光鐘系統(tǒng)頻移不確定度的評估。可評估的頻移包括：原子密度、光晶格激光功率、靜電場強度、鐘躍遷探測光激光功率等。 分空間自比對頻率穩(wěn)定度；表征運行參數(shù)的空間不均勻性對光鐘頻率的影響程度，用于光鐘系統(tǒng)頻移不確定度的評估。可評估的頻移包括：原子密度、光晶格激光功率、磁場強度、量子參考尺寸內(nèi)的相對論紅移等。 環(huán)內(nèi)頻率穩(wěn)定度：表征伺服器跟蹤光鐘量子參考頻率的能力。注1:環(huán)內(nèi)頻率穩(wěn)定度不反映量子參考的任何特性，不能用于表征獨立光鐘輸出頻率的穩(wěn)定度，僅用于對光鐘鎖定能力的評估。b)利用另一臺同種光鐘比對測量的頻率穩(wěn)定度。按照優(yōu)先級由高到低的順序依次采用如下參數(shù)?！猛耆毩⒌牧硪慌_同種光鐘直接拍頻的頻率穩(wěn)定度：反映光鐘輸出頻率的實際頻率穩(wěn)定度。對于有兩臺同種光鐘的測量場景，有條件做到使用獨立兩臺光學(xué)本地振蕩器的，宜采用該性能參數(shù)。——利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘異步比對的頻率穩(wěn)定度：較真實地反映光鐘輸出頻率的實際頻率穩(wěn)定度。該參數(shù)有可能部分消除Dick效應(yīng)引起的共模噪聲，對于有兩臺同種光鐘的測量場景，僅在沒有條件使用獨立兩臺光學(xué)本地振蕩器來完成光鐘頻率穩(wěn)定度的評估時，采用該性能參數(shù)?！霉灿霉鈱W(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘之間同步比對的頻率穩(wěn)定度：該參數(shù)在很大程度上消除了由激光器頻率漂移引起的伺服效應(yīng)及Dick效應(yīng)等共模噪聲，在利用光鐘比對實現(xiàn)某些物理量測量及基本物理定律檢驗等試驗中，宜采用該測量方法，在相同的測量時間內(nèi)減小測量不確定度。適用場景包括光鐘中某些系統(tǒng)頻移的測量和評估、相對論性大的測量等。注2:利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘之間同步比對的頻率穩(wěn)定度只提升了光鐘比對測量過程中測量得到的頻差的頻率穩(wěn)定度，并不代表光鐘輸出頻率的穩(wěn)定度得到了提升。c)利用另一臺不同種光鐘比對測量的頻率穩(wěn)定度。按照優(yōu)先級由高到低的順序依次采用如下參數(shù)?！猛耆毩⒌牧硪慌_不同種光鐘比對的頻率穩(wěn)定度：反映光鐘獨立輸出頻率的性能，適用于光鐘整體性能的評估、某些系統(tǒng)頻移的測量和評估等場景。——利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺不同種光鐘比對的頻率穩(wěn)定度：不反映光鐘獨立輸出4頻率的性能，只是為了縮短兩種光鐘比對達到預(yù)定測量不確定度的測量時間。該參數(shù)能減小本地振蕩器帶來的伺服噪聲和Dick效應(yīng)噪聲，適用于兩種光鐘頻率比對測量頻率比值的場合。5.2頻率不確定度頻率不確定度包含系統(tǒng)頻移不確定度和絕對頻率不確定度兩個參數(shù)。a)系統(tǒng)頻移不確定度：光鐘絕對頻率不確定度的一個分量，表征光鐘獨立復(fù)現(xiàn)其理想值的能力，是光鐘輸出頻率與未受干擾的光鐘原子躍遷頻率之間頻率偏移量的不確定度，一般用相對不確定度來表示。適用于同其他原子鐘進行比對的場景，該參數(shù)按照GB/T27418—2017作為該光鐘的不確定度B類評定，參與比對結(jié)果不確定度的計算。注1:由于各種外界噪聲的存在，原子(離子)不可能處于完全未受干擾的條件下，其輸出頻率相對于未受干擾的理想值之間會出現(xiàn)一個頻率偏移，這個偏移量被稱為系統(tǒng)頻移。對系統(tǒng)頻移進行測量時，會引入系統(tǒng)頻移不確定度。b)絕對頻率不確定度：表征光鐘復(fù)現(xiàn)的光頻原子躍遷頻率在國際單位制下的量值，與秒定義基準(zhǔn)進行比值測量得到，是光鐘的輸出頻率溯源到現(xiàn)有秒定義的過程中所產(chǎn)生的總測量不確定度。適用于以光鐘作為頻率參考駕馭國際原子時或者本地時標(biāo)、以異地光鐘頻率比對得到的頻差來計算相對論紅移、作為秒的次級表示頻率標(biāo)準(zhǔn)向其他時頻系統(tǒng)傳遞量值等場景。注2:光鐘的絕對頻率是指以赫茲為單位的光鐘輸出頻率，而赫茲是由秒定義確定的。為了獲得光鐘的絕對頻率，需要把光鐘的輸出頻率與秒定義中的原子躍遷頻率進行比值測量而得到。注3:秒定義基準(zhǔn)鐘復(fù)現(xiàn)秒定義的不確定度是光鐘與秒定義基準(zhǔn)比值測量中的一個不確定度分量，在目前以銫原子為基礎(chǔ)的秒定義下，光鐘絕對頻率測量的不確定度不會優(yōu)于最好的銫原子基準(zhǔn)鐘的頻率不確定度。在給定的一段時間內(nèi)，光鐘給出正常頻率輸出量值的時長與該段時間總時長的比值；或是在某個考核時間段內(nèi)，光鐘給出正常頻率輸出量值的概率或時間占比的期望值?？捎迷逻\行率、年運行率等來具體表征。光鐘的運行率適合作為光鐘可靠性的考核指標(biāo)之一，描述光鐘在某一時間段內(nèi)的服務(wù)能力。6測量環(huán)境光鐘的測量環(huán)境要求如下：——溫度：20℃~26℃;——相對濕度：30%～80%;——振動條件：達到或者優(yōu)于GB/T23717.2—2009中振動準(zhǔn)則曲線D(VC-D)的要求。7測量設(shè)備7.1高速光電探測器高速光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，參數(shù)要求如下：——波長范圍：覆蓋探測所需波長；——帶寬：大于200MHz;——噪聲等效功率(NEP):不大于10pW/√Hz。7.2頻率計數(shù)器頻率計數(shù)器用于測量微波頻率，參數(shù)要求如下：5——頻率測量范圍：覆蓋測量所需的微波頻率； 分辨率：不小于11位/s。7.3光學(xué)頻率梳光學(xué)頻率梳用于光鐘的頻率轉(zhuǎn)換，參數(shù)要求如下：——波長范圍：覆蓋被測光鐘的輸出激光波長；——光學(xué)頻率梳梳齒線寬：小于10Hz。8測量方法8.1頻率穩(wěn)定度8.1.1分時間交替自比對頻率穩(wěn)定度采用時分復(fù)用的方法，利用被測光鐘的物理系統(tǒng)，從運行時間序列上把光鐘分為多個鎖定運行狀態(tài)(如圖2所示)進行自比對得到的差分頻率穩(wěn)定度。光鐘在運行時間序列上分為兩個鎖定運行狀態(tài)，分別為狀態(tài)a和狀態(tài)b。在階段t,的狀態(tài)a的光學(xué)本地振蕩器頻率為fto(t?),在階段t,的狀態(tài)b的光學(xué)本地振蕩器頻率為fto(tn)。注1:分時間交替自比對頻率穩(wěn)定度測量是以光學(xué)本地振蕩器作為飛輪，僅能反映光學(xué)本地振蕩器頻率滿足fo(t?)≈fuo(t)條件的時間(上限約為10s～100s)內(nèi)光鐘輸出頻率的穩(wěn)定度，不能用來表征這臺獨立光鐘輸出頻率的長期穩(wěn)定度。圖2分時間自比對測量時序圖按以下方法進行測量。a)光鐘的被調(diào)制參數(shù)在運行時間序列狀態(tài)a時取值為r。,狀態(tài)a的鎖定伺服器為S。在狀態(tài)a的t階段，S。把光學(xué)本地振蕩器頻率fuo(tj)鎖定到原子躍遷上，伺服器對光頻修正的頻率差為△f。(t?),獲得光鐘輸出頻率fto(t?)+△f?(t?。)。b)光鐘的被調(diào)制參數(shù)在運行時間序列狀態(tài)b時取值為ri,狀態(tài)b的鎖定伺服器為S,。在狀態(tài)b的t?階段，S,把光學(xué)本地振蕩器頻率fto(t?n)鎖定到原子躍遷上，伺服器對光頻修正的頻率差為△f?(t?),獲得光鐘輸出頻率為fuo(t?)+△f?(t?)。6GB/T43785—2024 (2)式中：注2:在絕對頻率未測量時，取國際參考值。注1:基于離子阱囚禁的單離子光鐘此參數(shù)不適用。注2:由于排除了光學(xué)本地振蕩器噪聲的影響，分空間自比對頻率穩(wěn)定度不能用來表征這臺獨立光鐘輸出頻率的穩(wěn)定度。a)光鐘囚禁多個原子作為量子參考，這些原子位于空間上的兩個不同位置，分別標(biāo)記為位置L。和位置Lb,分別對應(yīng)狀態(tài)a和狀態(tài)b。式中：c)按照公式(5)計算單次測量的分空間自比對頻率差：△fsc(t?)=△fs(t?)-△f。(t?)式中：7GB/T43785—20248.1.3環(huán)內(nèi)頻率穩(wěn)定度由光鐘閉環(huán)鎖定伺服器輸入的頻率誤差信號fem計算的頻率穩(wěn)定度或者由鎖定伺服器輸出的頻率修正信號fou計算的頻率穩(wěn)定度。按以下方法進行測量。a)獲得原子鐘的躍遷概率P。對于基于離子阱囚禁的單離子光鐘，運行多個鐘周期，離子處于基態(tài)的次數(shù)為N?,處于激發(fā)態(tài)的次數(shù)為N?,躍遷概率為P=N?/(N?+N?);對于基于光晶格囚禁的中性原子光晶格鐘，則通過一個鐘周期，探測到基態(tài)原子數(shù)為M?,激發(fā)態(tài)原子數(shù)為M?,躍遷概率為P=M?/(M?+M?)。b)通過偏移光學(xué)本地振蕩器頻率分別到原子躍遷兩側(cè)，得到兩個激發(fā)頻率下鐘躍遷概率分別為P?和P?,獲得躍遷概率差△P=P?-P?。c)躍遷概率差乘以鐘躍遷原子譜線線寬γ,得到光鐘閉環(huán)鎖定伺服器輸入的頻率誤差信號fer,通過鎖定伺服器后輸出頻率修正信號fout。d)利用fm或者fo按照公式(1)計算阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差σ,(r)。e)按照公式(6)計算環(huán)內(nèi)頻率穩(wěn)定度：式中：σn(r)——在取樣時間r下的環(huán)內(nèi)頻率穩(wěn)定度；σ(r)——阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差；f.——光鐘輸出的絕對頻率。注1:在絕對頻率未測量時，取國際參考值。8.1.4利用完全獨立的另一臺同種光鐘直接拍頻的頻率穩(wěn)定度兩臺光鐘基于同一種量子參考，并且沒有共用的部件，通過直接拍頻的方法測量兩臺光鐘的頻率差，計算得到的頻率穩(wěn)定度。對于完全獨立的兩臺同種光鐘，兩臺光鐘由兩臺光學(xué)本地振蕩器分別探測。由于輸出的光學(xué)頻率在同一個光學(xué)頻段，通過直接拍頻進行光鐘頻率穩(wěn)定度的評估。通過直接對兩臺光鐘閉環(huán)鎖定后的輸出激光進行拍頻測量，拍頻信號通過高速光電探測器探測，經(jīng)放大濾波后輸入頻率計數(shù)器，并利用頻率計數(shù)器來記錄兩臺光鐘輸出光學(xué)本地振蕩器的頻率差，如圖3所示。8GB/T43785—2024光鐘1光鐘1聲光調(diào)制器2外部頻率參考聲光調(diào)制器1高速光電探測器聲光調(diào)制器3聲光調(diào)制器1光學(xué)本地量了參考休系2光學(xué)本地振蕩器1體系1頻率計數(shù)器探測注：為了減小測量儀器帶來的額外測量偏差，頻率計數(shù)器需要接外部頻率參考。圖3利用完全獨立的另一臺同種光鐘測量頻率穩(wěn)定度流程圖按以下方法進行測量。a)聲光調(diào)制器1將光學(xué)本地振蕩器1的頻率調(diào)節(jié)至原子(離子)的鐘躍遷頻率附近，用來探測原子(離子)的若干條鐘躍遷譜線，得到的誤差信號反饋至聲光調(diào)制器2。b)聲光調(diào)制器3將光學(xué)本地振蕩器2的頻率調(diào)節(jié)至原子(離子)的鐘躍遷頻率附近，用來探測原子(離子)的若干條鐘躍遷譜線，得到的誤差信號反饋至聲光調(diào)制器4。c)將聲光調(diào)制器2和聲光調(diào)制器4輸出的兩束光拍頻，用高速光電探測器探測兩束光的拍頻注1:為了準(zhǔn)確讀出拍頻值，驅(qū)動聲光調(diào)制器2的頻率需要相對聲光調(diào)制器1增加一個固定的頻率偏移，這樣最終的拍頻頻率在這個固定頻率附近，否則兩臺光鐘的拍頻頻率在0Hz附近無法計數(shù)測量。d)拍頻信號輸入到頻率計數(shù)器，設(shè)置好計數(shù)器的門時間(例如1s)并讀出兩臺光鐘輸出激光頻率的拍頻頻率差fa。f)兩臺光鐘性能相近時，按照公式(3)計算σpur(t),則利用完全獨立的另一臺同種光鐘直接拍頻的頻率穩(wěn)定度σjs(t)等于σpurn(r);兩臺光鐘一臺為被測光鐘，另一臺為參考光鐘，按照公σpurg(r)—-在取樣時間r下的被測光鐘的頻率穩(wěn)定度；σger(r)——已知參考光鐘的頻率穩(wěn)定度；f.——光鐘輸出的絕對頻率。注2:在絕對頻率未測量時，取國際參考值。8.1.5利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘異步比對的頻率穩(wěn)定度兩臺光鐘基于同一種量子參考，共用同一臺光學(xué)本地振蕩器，采用不同步探測量子躍遷的方法(如圖4),通過比較鎖定伺服器輸出頻率測量兩臺光鐘的頻率差，計算得到的頻率穩(wěn)定度。9a)作用時間反相b)作用時間不對齊注：高電平代表探測光與原子(離子)的作用時間，其中a)和b)兩種情況都表示不同步。圖4異步比對探測時序圖按以下方法進行測量。a)將共用的光學(xué)本地振蕩器分為兩束，通過兩個獨立的鎖定伺服器將兩束激光的頻率分別鎖定到兩臺光鐘的原子(離子)鐘躍遷上。b)按照圖4控制兩個鎖定伺服器的時序，使兩束激光探測兩臺光鐘的原子(離子)鐘躍遷的時間不同步。c)通過直接比較鎖定伺服器輸出頻率的差值，或者通過頻率計數(shù)器測量這個頻率差，得到兩臺光鐘輸出激光頻率的拍頻頻率差fa。d)由fa按照公式(1)計算阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差σ(t)。e)兩臺光鐘性能相近時，按照公式(3)計算σpun(r),則利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘異步比對的頻率穩(wěn)定度σcsA(r)等于σpur(r);兩臺光鐘一臺為被測光鐘，另一臺為參考光鐘，按照公式(7)計算被測光鐘的頻率穩(wěn)定度σpurz(r),則利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘異步比對的頻率穩(wěn)定度σcs(r)等于σpurg(r)。8.1.6利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘之間同步比對的頻率穩(wěn)定度兩臺光鐘基于同一種量子參考，共用同一臺光學(xué)本地振蕩器，采用同步探測量子躍遷(如圖5)的方法，通過比較鎖定伺服器輸出頻率測量兩臺光鐘的頻率差，計算得到的頻率穩(wěn)定度。注：高電平代表探測光與原子(離子)的作用時間。圖5同步比對探測時序圖按以下方法進行測量。a)共用光學(xué)本地振蕩器分為兩束，通過兩個獨立的伺服鏈路將兩束激光的頻率分別鎖定到兩臺光鐘的原子(離子)鐘躍遷上。b)按照圖5控制兩個伺服的時序，使兩束激光探測兩臺光鐘的原子(離子)鐘躍遷的時間完全c)通過直接比較兩個鎖定伺服器輸出的頻率差，或者通過頻率計數(shù)器測量這個頻率差，得到兩臺光鐘輸出激光頻率的拍頻頻率差fa。d)由fa按照公式(1)計算阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差σ,(r)。e)兩臺光鐘性能相近時，按照公式(3)計算σpun(r),則利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘之間同步比對的頻率穩(wěn)定度σcss(r)等于σpur(r);兩臺光鐘一臺為被測光鐘，另一臺為參考光鐘，按照公式(7)計算被測光鐘的頻率穩(wěn)定度σpurz(r),則利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺同種光鐘之間同步比對的頻率穩(wěn)定度σcss(r)等于σpurg(r)。8.1.7利用完全獨立的另一臺不同種光鐘比對的頻率穩(wěn)定度完全獨立的兩臺不同種光鐘，其輸出頻率不同，分別為f?和f?,頻差(f?-f?)遠高于光電探測器的頻率響應(yīng)范圍，無法通過直接拍頻的方式進行頻率差測量，需利用光學(xué)頻率梳作為光學(xué)頻率傳遞手段來進行兩臺光鐘的比對，測量流程如圖6。flfl光鐘1高速光電探測器f光鐘2頻率計數(shù)器光梳/ff圖6利用完全獨立的另一臺不同種光鐘比對測量頻率穩(wěn)定度流程圖按以下方法進行測量：a)利用光學(xué)頻率梳把其中一臺光鐘的輸出頻率f?轉(zhuǎn)換到第二臺光鐘的光學(xué)頻率f?的附近為f'?,使得此時頻差(f?-f'?)落到高速光電探測器的頻率響應(yīng)范圍內(nèi)。b)利用高速光電探測器探測第二臺光鐘與光學(xué)頻率梳的拍頻信號，高速光電探測器的輸出信號送入頻率計數(shù)器，測量得到兩臺光鐘的通過光學(xué)頻率梳轉(zhuǎn)換的拍頻頻率差fa。c)由fa按照公式(1)計算阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差σ(r)。d)兩臺光鐘性能相近時，按照公式(3)計算σpu(r),則利用完全獨立的另一臺不同種光鐘比對的頻率穩(wěn)定度σm(r)等于σpun(r);兩臺光鐘一臺為被測光鐘，另一臺為參考光鐘，按照公式(7)計算被測光鐘的頻率穩(wěn)定度σpur?(r),則利用完全獨立的另一臺不同種光鐘比對的頻率穩(wěn)8.1.8利用共用光學(xué)本地振蕩器的另一臺不同種光鐘比對的頻率穩(wěn)定度兩臺光鐘基于不同種類的量子參考，其輸出頻率不同，分別為f?和f?,無法直接共用同一臺光學(xué)本地振蕩器。利用光學(xué)頻率梳作為光學(xué)頻率傳遞的手段，把光鐘1的輸出頻率f?轉(zhuǎn)換到另一臺光鐘的光學(xué)頻率f?附近為f'?,作為第二臺光鐘的光學(xué)本地振蕩器使用。測量方法包括異步比對和同步比對兩種形式，其中異步比對按照8.1.5進行測量，同步比對按照8.1.6進行測量。8.2頻率不確定度8.2.1系統(tǒng)頻移不確定度光鐘的系統(tǒng)頻移包含外界熱環(huán)境造成的黑體輻射頻移、外界磁場造成的塞曼頻移等。各項系統(tǒng)頻移的評定方法，一般是先根據(jù)物理模型確定該項頻移與系統(tǒng)參數(shù)之間的敏感度，然后監(jiān)測該項系統(tǒng)參數(shù)，利用模型計算得到系統(tǒng)頻移量及其不確定度。光鐘總的系統(tǒng)頻移不確定度由各項不確定度分量按照GB/T27418—2017的不確定度合成方法得到的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度表示。在評定光鐘的某些系統(tǒng)頻移時，需用到分時自比對或者分空間自比對的方法。系統(tǒng)頻移的計算中，對于不同的系統(tǒng)頻移及其不確定度需采用不同的計算方式。一般取該項頻移測量的平均值作為測量值的期望，平均值的不確定度作為該項頻移的不確定度。得到各項頻移的不確定度后，按照公式(8)對各項不確定度進行合成，得到系統(tǒng)頻移不確定度：σ=√0{+02+ +o;