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微波产生

使用频率梳产生低相位噪声微波信号

  • 为原子频率参照提供低相位噪声微波信号
  • 长期高稳定性及可靠性
  • 对雷达,遥感,通信,导航以及高速电子器件也十分重要
  • 频率梳使得超低噪声微波信号产生成为可能

具有长期稳定性和可靠性的低相位噪声微波信号对于当今的原子频率参考是非常重要的,因为询问振荡器的相位噪声可影响到原子钟的稳定性(迪克协同效应)。性能更加优异稳定的微波源对于雷达遥感技术,通讯及导航,高速电子器件,超长基线干涉技术,以及高精度时间参考分配和同步等都有十分重要的意义。

直到最近,能够达到低噪声表现的最好的微波源是超低噪声石英振荡器或低温蓝宝石振荡器。后者的噪声比石英振荡器小几个数量级,然而由于必须在低温物理状态下进行操作,这大大地提高了实现的复杂性以及类似微波源的拥有成本。

通过使用频率梳作为“光学分频器”,可以将超稳光学振荡器的稳定特征延展至微波范畴,这样的振荡器包括高精细度腔体稳定激光等。频率梳的一条梳状线被相位锁定至腔体稳定激光,相应重复率的谐波即可被探测到。由于同腔体稳定激光锁相,频率梳的重复率与激光信号在相位上相干,然而从频率上却是其105-106分之一 。通过该方法可获得极低的相位噪声。

掺铒光纤频率梳的坚固性及易用性有利于实现紧凑型可移动微波源。由于掺铒光纤光梳在电信波段操作,因此他们也有利于大规模脉冲分布。利用光纤频率梳已经实现低至−111 dBc / Hz(11.55GHz载波,1Hz偏移)或−175 dBc ∕ Hz(10GHz载波,10MHz偏移)的相位噪声[1,2]。光脉冲交错是实现10GHz光纤频率梳重复率的稳定有效的方法,在这种方法中,光脉冲串被分开,加以半周期延迟后重新组合。该技术增加光检测微波信号的信号强度,从而提高信噪比[2,3]

通过光学手段产生的微波信号在将来的低噪声应用中将会起到重要的作用。如今,铯喷泉钟,全球时间参考标准UTC(协调世界时),已经转向利用频率合成手段产生的"光学微波信号"作为原子钟信号询问[4]。图示为德国布伦瑞克联邦物理技术研究院(PTB)的铯喷泉钟。