据悉，美国国家标准与技术研究院、科罗拉多大学等机构科研人员报道了基于光子芯片的低噪声微波振荡器。研究成果以“Photonic chip-based low-noise microwave oscillator”为题发表在《Nature》上。
许多现代技术都依赖于微波信号的低相位噪声和精确的时序稳定性。微波光子学领域已经取得了重大进展，通过使用频率梳对超稳定光学基准进行下变频，可以产生低噪声微波信号。然而，这种系统是用散装或光纤构成的，很难进一步缩小尺寸和降低功耗。在这项工作中，科研人员利用集成光子学的进步，展示了通过集成光子元件的两点光分频(2P-OFD)产生低噪声微波的方法，从而解决了这一难题。窄线宽自注入锁定集成激光被稳定到一个微型法布里-佩罗腔中，并用一个高效的暗孤子频率梳来划分激光之间的频率间隙。微梳的稳定输出经光电检测后产生20GHz 的微波信号，其相位噪声在100 Hz偏移频率时为-96 dBc Hz-1，在10 kHz偏移频率时降至 -135 dBc Hz-1。所有光子元件都可以异构集成在单个芯片上，为光子技术在高精度导航、通信和授时系统中的应用提供了重大进展。
低噪声微波发生器的外形小巧便携，可在远程和移动平台上运行，因此可以产生更大的影响并得到广泛应用。科研人员提供了一种在几十毫升而不是几十升的体积内大幅降低微波相位噪声的方法，同时将所需功率降低了103倍，达到1 W的水平。
图 1：用于产生低噪声微波的2P-OFD 概念。
图 2：实验装置。
图 3：显微镜表征。
图 4：基于微梳的微波产生相位噪声对比。
图 5：单芯片光子微波振荡器设计示意图。
总之，科研人员的方法提供了在单个芯片上实现全面集成的途径，光子元件的体积约为1立方厘米。集成光子低噪声微波发生技术的这一进步，为导航、通信和精确授时等各种要求苛刻的应用提供了紧凑、便携和低成本的微波合成技术。
