电子科技大学 光电科学与工程学院，成都 611731
设计了一款低相噪蓝宝石振荡器并对其进行温度控制，基于蓝宝石谐振器理论，采用有限元仿真软件完成了蓝宝石谐振器设计。蓝宝石谐振器实测中心频率为9.84 GHz，有载Q值113 000。将该蓝宝石谐振器作为选频网络与放大器、滤波器、移相器和耦合器构成低相噪蓝宝石振荡器。振荡器的输出工作频率9.84 GHz，输出功率9 dBm，偏离载波1 kHz处相位噪声为−117 dBc/Hz，偏离载波10 kHz处相位噪声为−144 dBc/Hz，偏离载波100 kHz处相位噪声为−161 dBc/Hz。该振荡器有助于提高雷达对于低慢小目标的检测能力。
低慢小目标检测 蓝宝石谐振器 回音壁模式 相位噪声 振荡器 low-slow small object detection sapphire resonator whispering gallery modes phase noise oscillator 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033004
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
以超冷铒原子系统冷却光的基频光作为探测光，主动补偿激发铒原子赫兹线宽能级跃迁的激光在光纤传输中引入的附加相位噪声。在不影响原有被传输亚赫兹线宽激光（1299 nm）的情况下，将相近波长的宽线宽基频光（1166 nm）从光纤输出端反向注入，实施外差拍频探测并主动反馈补偿。当两个波长激光的光纤传输噪声基本一致时，可极大地抑制亚赫兹线宽激光在光纤传输中由于温度和振动等因素引起的各种相位噪声。主动补偿后传输激光的线宽从锁定前的14.6 Hz压窄到锁定后的11.6 mHz，光频传输的1000 s稳定度从1.6×10-16提升到6.5×10-19，满足当前最高精度和稳定度光钟的光频传输需求。所发展的光频传送方案可作为被传输激光器功率不足或空间受限时的替代方案，也可用在单点对多点近距离传输网络中简化源端发送装置。
光纤链路 光纤相位噪声 窄线宽 相位噪声抑制 光钟 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506004
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
本文理论分析和实验测量研究了微波相位噪声对里德堡原子天线微波混频信号的影响。通过研究微波混频信号的相位噪声项,建立在信号场中加入相位噪声后微波混频信号强度变化的理论模拟图。实验基于室温铯原子气室中里德堡原子电磁感应透明光谱,实现里德堡原子|64S1/2?→|64P1/2?态的电偶极跃迁,得到频率13.806 057 GHz与13.806 000 GHz的微波场混频信号。同时,对混频信号强度的参数依赖关系进行研究。经实验发现,基于里德堡原子天线微波混频信号强度与参考场的功率有关,优化功率参数条件下,参考场可以实现约20dB的混频信号增强;当参考场调控里德堡原子达到微波混频效率最大时,在信号场中加入相位噪声,会导致混频信号强度的显著降低。
里德堡原子天线 相位噪声 微波混频信号 电磁感应透明 Rydberg atomic antenna Phase noise The microwave mixing signal Electromagnetically Induced Transparency 量子光学学报
2023, 29(2): 020501
1 南京电子器件研究所，江苏南京 210016
2 东南大学电子科学与工程学院，江苏南京 210096
光电振荡器(OEO)可以产生低相位噪声的微波信号。在 OEO中，MZ调制器(MZM)可以偏置于正交工作点使基频信号的损耗最低，也可以工作于零偏置点从而得到倍频信号。在 MZM零偏置的 OEO中，利用电分频器将倍频信号分频得到基频信号，从而构建环路振荡器。本文对这 2种 OEO(MZM正交偏置和 MZM零偏置)的相位噪声进行了理论分析。由理论分析可知，MZM零偏置 OEO的相位噪声优于 MZM正交偏置 OEO。根据仿真结果，可以发现 MZM零偏置 OEO的相位噪声噪底比 MZM正交偏置 OEO的相位噪声低 3 dB。另外，MZM零偏置 OEO的振荡模式间隔并不会受到电分频器的影响。
光电振荡器 相位噪声 再生式分频器 Optoelectonic Oscillator phase noise regenerative frequency divider 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 684
1 四川大学电子信息学院，四川成都 610065
2 宜宾四川大学产业技术研究院，四川宜宾 644000
针对压控振荡器(VCO)阵列注入锁定电路复杂和规模受限问题，提出一种 S波段 VCO阵列级联的新方法。通过在多个 VCO之间加入耦合网络，将传统的单级注入改进为级联注入锁定，并通过网络级联方式实现级联级数的扩展。各级 VCO之间通过耦合网络实现级联，首级 VCO通过信号源参考信号进行锁定，次级 VCO耦合前级 VCO射频输出端信号进行锁定，每级均通过 VCO电压调谐端进行注入。注入信号可锁定 VCO输出频率，改善每级 VCO输出相位噪声。通过级间耦合的形式，实现了一个微波源锁定多个 VCO的输出。设计加工了 2种级联注入 VCO阵列， VCO的输出频率与注入信号频率相同，各级 VCO相噪保持一致，当源相噪为-107.28 dBc/Hz时，各级 VCO的输出相噪保持一致，为 -105 dBc/Hz。该注入锁定方式电路简洁且成本低，未来有望应用在相控阵中。
注入锁定 级联 压控振荡器 相位噪声 锁定带宽 注入比 injection-locked cascade Voltage-Controlled Oscillator phase noise locked-bandwidth injection ratio 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 632
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096
3 国防科技大学 计算机学院, 长沙 410073
采用 65 nm CMOS工艺, 设计了一种低相噪级联双锁相环毫米波频率综合器。该频率综合器采用两级锁相环级联的结构, 减轻了单级毫米波频率综合器带内和带外相位噪声受带宽的影响。时间数字转换器采用游标卡尺型结构, 改善了PVT变化下时间数字转换器的量化线性度。数字环路滤波器采用自动环路增益控制技术来自适应调节环路带宽, 以提高频率综合器的性能。振荡器采用噪声循环技术, 减小了注入到谐振腔的噪声, 进而改善了振荡器的相位噪声。后仿真结果表明, 在12 V电源电压下, 该频率综合器可输出的频率范围为22~26 GHz, 在输出频率为24 GHz时, 相位噪声为-1048 dBc/Hz @1 MHz, 功耗为468 mW。
全数字锁相环 噪声循环振荡器 亚采样锁相环 级联锁相环 相位噪声 all-digital phase-locked loop noise circulating oscillator sub-sampling phase-locked loop cascaded phase-locked loop phase noise
西安理工大学自动化与信息工程学院，西安市无线光通信与网络研究重点实验室，陕西 西安 710048
考虑大气湍流及电解调模块相位噪声对光通信系统性能的影响，基于低密度奇偶校验（LDPC）编码设计了一种自适应概率整形（PS）的实用自由空间光通信编码调制方案，实现以比特度量解码速率为目标函数的速率自适应，采用启发式算法求解M元正交幅度调制（M-QAM）信号星座点概率质量函数（PMF）分布的最优问题。结果表明：在弱湍流与相位噪声的联合影响下，概率整形正交幅度调制（PS-16-QAM）在最优概率分布下的比特度量解码速率比均匀分布16-QAM下更逼近香农容量。当湍流强度一定时，相位噪声增大对低信噪比下选取的PS分布影响更大，当前向纠错译码前的误码率为时，提出的PS方案与均匀分布编码调制系统相比最高可获得4.8 dB的整形增益。
光通信 自由空间光通信 湍流衰落 相位噪声 概率整形 速率自适应 光学学报
2023, 43(24): 2406004
1 北京邮电大学 电子工程学院
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
微腔孤子光频梳在相干光通信、光学频率合成、激光雷达、微波光子学和量子光学等领域有着广阔的应用前景，高效棱镜耦合是晶体微腔孤子光频梳集成应用及系统封装的必然技术途径。文章研制开发了一种耦合效率和有载Q值分别达到71.56%和1.8×109的氟化镁微腔-棱镜耦合系统，并且基于该高效棱镜耦合系统实现了氟化镁微腔孤子光频梳和15.99 GHz低相噪微波信号产生，拍频信号相位噪声水平约为-117 dBc/Hz@10 kHz，极大推动了低相噪微型光电振荡器的实际应用发展。
高效棱镜耦合 孤子光频梳 氟化镁晶体微腔 品质因子 相位噪声 efficient prism coupling soliton optical frequency comb magnesium fluoride microresonator quality factor phase noise
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 张江实验室，上海 201210
面向芯片化空间激光通信、激光雷达等应用对高功率激光光源的需求，笔者将注入锁定到同一种子光的分布式反馈激光器（DFB激光器）阵列通过平面波导耦合器进行相干合束，解决了单个DFB激光器功率受限的问题。为了研究基于注入锁定技术的DFB激光器阵列的相干合束效果，测量了不同数目的注入锁定激光器在相干合束前后的光功率、相位噪声、相对强度噪声，通过计算得到2、3、4个DFB激光器的合束效率分别为91.6%、87.8%、78.3%，实现了相对于单个激光器的光功率放大，同时通过理论分析和实验研究了相干合束对相位噪声及相对强度噪声的影响。
激光器 注入锁定 相干合束 相位噪声 相对强度噪声 中国激光
2023, 50(19): 1901009
航空工业北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术重点实验室, 北京 100095
在原子干涉重力实验中, 拉曼激光制备常采用光学锁相环方法, 即先将主从激光器拍频信号与 6.8 GHz 微波信号源进行混频, 再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相, 得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出, 而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用 STM32F103C8T6 单片机对 LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制, 通过锁相环频率合成技术, 最终获得 6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明, 该微波信号源相位噪声分别为 -65.2 dB@1 Hz、-95.3 dB@1 kHz, 频率稳定度为 2.72 × 10-11@1 s, 输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为 100 ms 时, 信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为 8 × 10-8 m/s2/Hz1/2, 分辨率影响为 2 × 10-8 m/s2@600 s, 具有频率稳定度高、相位噪声低等优点, 可以满足原子干涉重力实验。
量子光学 原子干涉重力仪 微波信号源 相位噪声 锁相环 quantum optics atom interference gravimeter microwave signal source phase noise phase-looked loop
