基于光学频率梳的超低噪声微波频率产生

低噪声的微波频率在雷达,长基线干涉仪等领域有重要应用.基于光学频率梳产生的微波信号的相位噪声在1 Hz频偏处低于–100 dBc/Hz,在高频(> 100 kHz)处低于–170 dBc/Hz,是目前所有的微波频率产生技术中噪声最低的.文章介绍了光学频率梳产生微波频率的基本原理,对基于光梳产生的微波频率信号的各类噪声和抑制噪声的技术进行了分析和总结.随后对低噪声的测量方法进行介绍,并展示了几种典型的微波频率产生实验装置和结果.随着光学频率梳和噪声抑制技术的不断提升,基于光梳的极低噪声微波频率源将有更广泛的应用前景和应用领域.     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器

提出一种基于分布反馈光注入锁定效应的可调谐光电振荡器,其环路主要由马赫曾德尔调制器、光电探测器、环形器、分布反馈激光器和射频放大器顺接而成,分布反馈激光器是系统关键器件,通过分布反馈激光器光注入锁定效应,分布反馈腔在光域实现了微波光子滤波器功能,无需传统光电振荡器必须的射频带通滤波器.同时,由于分布反馈激光器注入锁定提高了环路Q值,因此系统可采用短环路结构,从而降低了光纤因温度敏感对微波信号稳定性的影响并减小了整个系统的尺寸.另外,通过调节注入光波长和功率可改变该微波光子滤波器的中心频率,从而可实现系统的可调谐性.理论分析了该光电振荡器的原理和微波光子滤波器的调谐性,在此基础上开展了实验验证.结果表明该光电振荡器能够产生18.7～21.6 GHz的可调微波信号,在1 kHz频偏处的相位噪声为-90 dBc/Hz.     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

基于受激布里渊散射的可调谐稳定光电振荡器

如何获得频率高、相位噪声低和稳定性高的微波信号一直都是微波光子学领域的研究热点。基于此,提出一种基于受激布里渊散射（SBS）的可调谐光电振荡器（OEO）。实验中光载波和泵浦光来自同一可调谐激光器,利用泵浦光的SBS对光载波的相位调制边带进行放大,通过改变可调谐激光器的输出波长使布里渊频移量发生变化,从而实现输出微波信号的可调谐。实验结果表明,所设计的OEO可以实现频率范围为10.13～10.65 GHz的信号输出,可调谐范围为520 MHz。结构中仅使用了一个相位调制器,无偏压输入器件的引入,这使得所设计的OEO稳定性较高。在20 min内频率漂移小于1 MHz,功率变化小于1.15 dB。     

虚阴极振荡器中微波频率的研究

在虚阴极振荡器的实验中,同时得到了几百兆瓦5.17GHz和几兆瓦7.74GHz的微波输出。根据虚阴极振荡器的单电荷层模型可知,主频5.17GHz的微波由虚阴极自身振荡产生;7.74GHz 的微波由虚阴极自身振荡与虚阴极振荡或电子往返振荡产生的调制束流相互作用产生。     

虚阴极振荡器中微波频率的研究

 在虚阴极振荡器的实验中，同时得到了几百兆瓦5.17GHz和几兆瓦7.74GHz的微波输出。根据虚阴极振荡器的单电荷层模型可知，主频5.17GHz的微波由虚阴极自身振荡产生；7.74GHz 的微波由虚阴极自身振荡与虚阴极振荡或电子往返振荡产生的调制束流相互作用产生。     

基于受激布里渊散射和耦合型双环的 可调谐光电振荡器

提出了一种基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器.该光电振荡器将受激布里渊散射和耦合型双环结构相结合,利用受激布里渊散射的窄带增益谱选择振荡频率,实现微波信号的频率可调谐.通过耦合型双环结构,有效地抑制了微波信号的边模,降低了微波信号的相位噪声,提高了微波信号的频率和功率稳定性.实验结果表明,该结构的光电振荡器可以产生2GHz到18GHz的微波信号,边模抑制比优于60dB,相位噪声在10kHz频偏处低于-95dBc/Hz,在实验室环境下10GHz微波信号30min内频率漂移小于0.3ppm,功率漂移低于0.2dB.     

一种新型双环路光电振荡器

利用偏振分束器(PBS)和合束器(PBC)在不增加有源器件的基础上设计了一种双环路光电振荡器。该振荡器可以同时产生光、电两种输出。由于没有增加有源器件,可以避免附加电噪声的引入。此外,光载波在光域中是正交耦合,消除了随机干涉和拍噪声对振荡频率的影响。通过理论分析,双环结构的光电振荡器可以有效抑制每一单环路中起振的边模。经过实验对比,采用双环结构可以把边模抑制比提高30~70 dB。最后,利用该方案和普通商用器件得到了中心频率为12 GHz的振荡,测得边模抑制比为50~70 dB,相位噪声为-93 dBc/Hz at10kHz,Q值达到1010。     

一种基于串联谐振腔的高性能光电振荡器

提出了一种利用串联谐振腔来抑制光电振荡器边模的方案. 此方案中, 在传统光电振荡器结构中加入无源微波谐振腔结构来提高滤波器的Q值. 分析了该结构的基本原理, 并与传统光电振荡器结构进行对比, 此结构能有效提高边模抑制比. 实验中产生了10 GHz的微波信号, 所测得的边模抑制比达72 dB, 单边带相位噪声为-122 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相技术, 振荡频率的稳定性得到了很大的改善, 在3 h内漂移小于± 4 Hz. 该方案无需增加有源器件, 保留了传统光电振荡器低相位噪声的优势, 又有效抑制了边模, 为光电振荡器的应用提供了一种新的方法.     

基于光学-微波同步的低噪声微波产生方法

低噪声微波在冷原子光钟、光子雷达、大科学装置远程同步等领域具有重要的应用价值.本文介绍了一种基于光学-微波相位探测技术的低噪声微波产生方案,利用光纤环路光学-微波鉴相器,将超稳激光的频率稳定度相干传递至介质振荡器.实验采用梳齿相位参考至超稳激光的窄线宽掺铒光纤飞秒光学频率梳,结合光纤环路光学-微波鉴相器和精密锁相装置,将7 GHz介质振荡器同步至光频梳重复频率的高次谐波,同步后的光脉冲序列与微波信号的剩余相位噪声为–100 d Bc/Hz@1 Hz,定时抖动为8.6 fs [1 Hz—1.5 MHz];通过搭建两套低噪声微波产生系统,测得7 GHz微波的剩余相位噪声为–90 d Bc/Hz@1 Hz,对应的频率稳定度为4.8×10^–15@1 s.该研究结果对基于光学相干分频的低噪声微波产生提供了一种新思路.     

光电振荡器产生宽带混沌光的时延特征分析

理论分析与数值研究了光电振荡器输出的混沌激光特性, 基于自相关分析方法, 详细研究了光电振荡器的直流偏置相移和反馈强度等工作参数对输出信号时延信息的影响. 数值研究表明: 增加反馈强度可以使时延信息变得更加微弱甚至消除; 相同条件下, 直流偏置相移对应的工作点越接近马赫-曾德尔调制器传输特性曲线的极值点, 时延信息越弱; 直流偏置相移为0时可以有效地抑制时延信息. 研究还发现, 当直流偏置相移和反馈调制产生的相移变化π/2时, 自相关曲线上对应于延迟时间处的相关系数符号发生变化. 关键词： 宽带混沌激光 延迟时间 光电振荡器     

基于波长双环路结构的新型光电振荡器的研究

提出了一种新型的基于波长双环路结构的光电振荡器方案. 在此方案中, 利用两个激光器产生两束波长不同的连续光, 分别通过两段长度不同的光纤构成双环路结构, 利用光学游标效应可以获得单一的起振模式. 通过理论分析可知, 不同波长的两束光载波在耦合时, 几乎不会产生随机拍噪声. 实验中, 获得了X波段(8-12 GHz)内频率可调谐的高质量微波信号. 通过测量, 信号的边模抑制比达到60 dB, 相位噪声为-132.6 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相环技术, 通过光纤拉伸器有效补偿系统的腔长漂移, 因此振荡频率的稳定性得到极大改善. 系统的频率漂移在2 h内小于±84.3 mHz. 另外, 测得的微波线宽为5.3 mHz, Q值在10¹²量级, 具有很高的谱纯度.     

Tunable microwave generation based on frequency quadrupling

Kennedy (Philos. Sci. 62, 4 (1995)) has argued that the various quantum mechanical no-signalling proofs formulated thus far share a common mathematical framework, are circular in nature, and do not preclude the construction of empirically testable schemes wherein superluminal exchange of information can occur. In light of this thesis, we present a potentially feasible quantum-optical scheme that purports to enable superluminal signalling.     

A spurious frequencies suppression method for optical frequency comb based microwave photonic filter

The traditional optical frequency comb (OFC) based microwave photonic filters (MPFs) are rigidly restricted to be operated in a single “Nyquist zone”, as varieties of spurious frequencies signals coexist in the output. Here, a method for spurious frequencies suppression in the OFC‐based MPF is proposed and experimentally demonstrated. The method is achieved by applying group velocity dispersion on the carrier combs to separate the filter transfer functions of the spurious frequencies from that of the input radio frequency signal. It is fairly simple and effective, and has no effect on the filter characteristic. With this method, the filter pass band can be freely tuned without the limitation of the “Nyquist zone”. It can be considered as a step forward for the practical application of the OFC‐based MPF.     

基于飞秒光频梳的双频He-Ne激光器频率测量

利用光纤飞秒光频梳和外腔可调谐半导体激光器, 建立了一套双频He-Ne激光器频率测量系统. 选用铷钟作为系统的频率基准, 通过将外腔半导体激光锁定至光频梳使得其频率溯源至铷钟, 再利用外腔可调谐半导体激光与双频He-Ne激光器输出的正交偏振激光拍频, 同时测量两路正交偏振激光频率. 将可调谐半导体激光器锁定至光频梳第1894449个梳齿, 其绝对频率为473612190000.0±2.7 kHz, 相对不确定度为5.7×10^-12. 对商品双频He-Ne激光器进行频率测量实验, 双频He-Ne激光器水平方向偏振激光频率均值为473612229934 kHz, 竖直方向偏振激光频率均值为473612232111 kHz, 平均时间为1024 s的相对Allan标准差为5.2×10^-11, 频差均值为2.177 MHz, 标准偏差为2 kHz.     

一种基于微波谐振测量Sagnac效应的新方案

目前光学陀螺的主要工作原理是Sagnac效应, 如何提高Sagnac效应的测量精度是提高陀螺精度的一个重要研究课题. 传统的光学陀螺利用光短波长的特性来提高检测精度. 但考虑到微波的相位(频率)检测精度远高于光波的相位(频率)检测精度, 如果能够利用微波实现Sagnac效应的检测, 就能得到比光学陀螺更高的检测精度, 从而为实现高精度的微波陀螺提供了可能. 利用基于光电振荡器的光载微波结构实现了微波Sagnac效应的检测. 实验结果证明了微波检测Sagnac效应的可行性, 为将来实现高精度的微波谐振陀螺打下基础.     

A tunable frequency-decuple optoelectronic oscillator based on frequency comb and stimulated Brillouin scattering

An optically tunable frequency-decuple optoelectronic oscillator based on optical frequency comb (OFC) and stimulated Brillouin scattering has been proposed and theoretically analyzed. In the proposed structure, the OFC is generated using a cascaded Mach–Zehnder modulator and a dual-parallel Mach–Zehnder modulator (DPMZM), and multi-pump lights could be obtained instead of one pump. A quintuple Brillouin frequency shift oscillation signal generated by using Brillouin gain-loss compensation principle and carrier phase-shifted double sideband modulation is realized by using the DPMZM to double the oscillation frequency. As a consequence, a decuple frequency shift microwave signal is achieved. Profit from the wavelength-dependent nature of Brillouin frequency shift, a frequency-decuple signal at 10 \(f_{b}\) which could be tunable from 87.9750 to 94.4750 GHz by simply tuning the wavelength of the tunable laser source is obtained in theory.     

光注入半导体激光器产生可调谐高频微波

利用光注入半导体激光器产生的单周期振荡,实验获得了61—129 GHz范围内频率连续可调的微波光信号.同时利用半导体激光器速率方程,对光注入半导体激光器产生高频微波进行了数值模拟.模拟和实验结果均表明微波信号产生于注入光和激光器腔模之间的拍频现象,其频率随着注入光强度和波长失谐的增大而增大,模拟结果预测该方法可以产生频率大于40 GHz的高频微波. 关键词： 光通信 光生微波 拍频 半导体激光器