Bousonville, Michael (2009)
Optische Übertragung phasensynchroner Taktsignale unter Verwendung des Wellenlängen-Multiplex-Verfahrens.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Es wird ein System präsentiert, das Zeitinformationen an räumlich getrennten Punkten mit einer Genauigkeit im Picosekunden-Bereich bereitstellen kann. Diese Zeitinformationen sollen dazu genutzt werden, die Beschleuniger- und Speicherringe von FAIR (Facility for Antiproton an Ion Research) zu synchronisieren. Zur Ansteuerung der Hochfrequenz-Kavitäten dieser Ringbeschleuniger werden Signale mit unterschiedlichen Phasenlagen und Frequenzen (0,4 bis 5,4 MHz) benötigt. Einige Frequenzen dieser Signale sind aufgrund der sogenannten Rampenansteuerung während der Beschleunigung variabel. Um dies zu ermöglichen, hat das hier entwickelte System die Aufgabe, mindestens zwei unterschiedliche Taktsignale phasensynchron an verschiedenen Stellen der Anlage, die bis zu 1 km auseinander liegen können, bereitzustellen. Mit Hilfe dieser Taktsignale können dann Frequenzgeneratoren synchronisiert werden, die die eigentlich benötigten Signale für die Kavitäten erzeugen. Aufgrund des universellen Charakters der bereitgestellten Zeitinformation können mit ihrer Hilfe neben der Ansteuerung der Kavitäten auch andere Prozesse synchronisiert werden. Zur Übertragung der Taktsignale wird ein optisches Netzwerk mit DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex)-Verfahren verwendet. Die Laufzeit der Taktsignale wird gemessen und ein Referenzgenerator erzeugt mit Hilfe der Laufzeitinformation am Ende jeder Übertragungsstrecke eine phasensynchrone und –stabile Zeitreferenz. Da aufgrund von Umwelteinflüssen die Laufzeiten der Taktsignale nicht konstant sind, müssen sie regelmäßig erfasst werden. Die Eigenschaften des Systems werden eingehend untersucht und es werden Wege zur Optimierung der verschiedenen Teilfunktionen aufgezeigt. Mit einem Prototyp des Systems konnte eine Genauigkeit der Zeitinformation von 21,2 ps im Mittel erreicht werden. Die kurzzeitigen Schwankungen weisen eine Standardabweichung von 7,57 ps auf. Neben der Beschreibung eines konkreten Systems enthält diese Arbeit viele allgemeingültige Informationen und neu gewonnene Erkenntnisse zum Thema Zeitübermittlung, insbesondere zu Phasenschwankungen, Rauschen, Reflexionen und Veränderungen der Signallaufzeit in einem Glasfaserkabel durch Umwelteinflüsse. Außerdem sind hier erstmals die bisher eingesetzten Methoden zur Verteilung phasenstabiler Referenzsignale in den Hauptanwendungsbereichen Teilchenbeschleuniger und Radioteleskope zusammenfassend beschrieben worden.

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