技術文章

利用飛秒激光器產生精密微波






近年來,對超低噪聲的微波或射頻信號源的需求越來越顯著。優異的工業及科學研究應用需要更高精度的微波用於:

· 雷達係統

· 保密通訊

· 光學模/數轉換

· 超穩時鍾

· 測試與測量

· 衛星通訊

· 粒子加速器與自由電子激光

· 相幹通訊

鎖模激光產生的超低位相噪聲脈衝提供一種產生具備亞飛秒(RMS)時間抖動的射頻或微波信號的便利途徑,比超低噪聲石英晶振的位相噪聲低幾個數量級。另一方麵,製冷的寶石晶振需要一個龐大的製冷係統,其複雜性限製了它在很多場合的應用。近年出現的新型的、基於光學頻率梳的超低噪聲微波信號源可以實現極高的位相穩定性和低位相噪聲,這種設備的安裝、維護技術卻過於困難而且昂貴。[1].

在信號處理與通訊的高性能應用(如采樣時鍾,模/數轉換,信號分析器的主振蕩器等)中,高頻位相噪聲以及累積時間抖動是影響係統性能的*關鍵因素。在這類應用中,僅僅通過一個自由運行的鎖模激光器及一個光電二極管(可添加信號放大器),就可以直接產生微波信號。可以通過將鎖模激光與低噪聲電子學振蕩器鎖定或同步來抑製低頻段的位相噪聲,從而提升長程穩定性。針對需要高頻(如10GHz)微波參考振蕩器的應用,將低噪聲壓控振蕩器與鎖模激光同步也是一個可行的解決方案。 [3]. 


Menhir Photonics 產品 

Menhir Photonics 為這種應用提供極低位相噪聲、高可靠度的鎖模激光器。圖1展示了250MHz重複頻率的MenHIR-1550 的典型位相噪聲。相位噪聲在10GHz載波(40階諧波)上測量。噪聲本底給出的累積時間抖動上限越為500as(阿秒)。 

 

Fig 1.: (上) 在10GHz諧波上測量250MHz重頻的MENHIR-1550激光器的位相噪聲功率譜;(下)同一台激光器的10MHz起累積時間抖動.

Menhir Photonics的飛秒激光器在強烈衝擊下仍能保持鎖模,穩定輸出



[1] Portuondo-Campa, G. Buchs, S. Kundermann, L. Balet, S. Lecomte, "Ultra-low phase-noise microwave generation using a diode-pumped solid-state laser based frequency comb and a polarization-maintaining pulse interleaver", Opt. Expr. 23(25), 32441-32451 (2015)

[2] Schlatter, B. Rudin, S. C. Zeller, R. Paschotta, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, ”Nearly quantum-noise-limited timing jitter from miniature Er:Yb:glass lasers”, Opt. Lett. 30, 1536 (2005)

[3] Jung, K., Shin, J. & Kim, J. Ultralow phase noise microwave generation from mode-locked Er-fiber lasers with subfemtosecond integrated timing jitter. IEEE Photon. J. 5, 5500906 (2013).









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