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Optische Übertragung phasensynchroner Taktsignale unter Verwendung des Wellenlängen-Multiplex-Verfahrens

Bousonville, Michael :
Optische Übertragung phasensynchroner Taktsignale unter Verwendung des Wellenlängen-Multiplex-Verfahrens.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2009)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Optische Übertragung phasensynchroner Taktsignale unter Verwendung des Wellenlängen-Multiplex-Verfahrens
Language: German
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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
A system is presented capable of producing time information at spatially separate points with picosecond range precision. By using this time information, the accelerator rings and storage rings of FAIR (Facility for Antiproton an Ion Research) are to be synchronized. To this end, the RF cavities of these ring accelerators have to be controlled by signals having different phases and frequencies (0.4 to 5.4 MHz). Some frequencies of the signals are variable during acceleration due to what is referred to as ramp control. To enable this functionality, the developed system delivers at least two different clock signals phase-synchronously at different points of the facility up to 1 km apart. With the help of these clock signals, it is then possible to synchronize frequency generators that produce the signals actually needed for the cavities. Because of the universal character of the time information produced, it can be used not only to control the cavities but also to synchronize other processes. To transmit the clock signals, an optical network with DWDM (dense wavelength division multiplex) method is used. The delay of the clock signals is measured and with the help of the delay information, a reference generator produces, at the end of each transmission line, a phase-synchronous and phase-stable time reference. Since the delays of the clock signals are not constant due to environmental influences, they must be determined regularly. The properties of the system will are reviewed in detail and ways for the optimisation of different sub-functions are pointed out. Using a prototype of this system, a precision of the time information of 21.2 ps on average was achieved. The short-term jitter shows a standard deviation of 7.57 ps. In addition to the description of the specific system, the work contains various general information and newly gained insights on the transmission of time information, in particular phase jitter, noise, reflections and the change of signal delay in fibre optic cables due to environmental conditions. Furthermore, for the first time the hitherto used methods for distribution of phase-stable reference signals in the main fields of application – particle accelerators and radio telescopes – are described.English
Uncontrolled Keywords: Timing-System, Synchronisation, Kavitäten-Synchronisation, Teilchenbeschleuniger
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Timing-System, Synchronisation, Kavitäten-Synchronisation, TeilchenbeschleunigerGerman
Timing System, Synchronisation, Cavity synchronisation, particle acceleratorEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: ?? fb18_ioptnt ??
Date Deposited: 07 May 2009 15:31
Last Modified: 07 Dec 2012 11:55
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-13829
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Meißner, Prof. Dr.- Peter and Weiland, Prof. Dr.- Thomas
Refereed: 27 April 2009
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1382
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