本技术涉及一种利用光注入增益开关光频率梳技术,旨在产生高频段毫米波低相噪源的方法和结构。该技术适用于高频毫米波信号产生领域,解决了现有技术中光注入增益开关产生毫米波的效率和相位噪声问题。
背景技术
面对传统微波通信技术由于电子器件工作带宽难以向更高频段发展的问题,同时适应对于通信速率快速提高的需求,必须提升信号源的工作频率大小、调谐范围和相位噪声等方面的性能。在高频毫米波频段,通过更大的带宽可以实现更快的数据传输速率。此外,毫米波还具有波束窄、方向性好的优点,可以提高传输的效率,这对于有实时数据传输需求的应用非常重要。所以,实现工作在高频段的毫米波低相噪源,可以充分利用频谱资源、提高通信的质量。实现高频段毫米波低相噪源的主要方法有电子学方法和光子学方法,而电子学方法在电子器件速率上的物理上限和器件尺寸限制了其发展。基于光子学的方案不仅可以解决这些问题,同时也是一种可以轻易做到宽频带、大调谐范围、低相位噪声等高性能毫米波源的技术手段。
目前通过光子学实现高频段毫米波低相噪源的主要方法之一是通过光频率梳外差拍频,其中比较普遍的一种产生光频率梳的方法是对光信号进行外部调制。而基于外部调制方式光频率梳的毫米波源实现方法主要为通过使用不同类型调制器来产生光频率梳,其中最具代表性的类型为电光调制器(如马赫曾德尔调制器,Mach-Zehnder Modulator,MZM)。如文献“Schneider G J,Murakowski J A,Schuetz C A,et al.Radiofrequencysignal-generation system with over seven octaves of continuous tuning[J].Nature Photonics,2013”中所描述的方法,通过电光调制器的光频率梳产生了高达110GHz的毫米波信号,但是其产生的光频率梳的梳齿数量不够多导致其高频段的信号调谐范围较小且存在着相噪随光频率梳阶数增加而恶化的现象。又如文献“Hasanuzzaman G KM,Kanno A,Dat P T,et al.Self-oscillating optical frequency comb:Applicationto low phase noise millimeter wave generation and radio-over-fiber link[J].Journal of Lightwave Technology,2018”中报道的一种将双驱MZM用于光电振荡器回路中产生毫米波信号的方法,该方法将光电振荡器中的电光调制器替换为双驱MZM调制器,并且需要更加复杂的反馈回路去调控双驱MZM调制器。该反馈回路不仅增加系统的复杂度而且需要使用占地面积较大的2公里长度光纤,其虽然能够实现最高产生260GHz的毫米波信号和优良的相噪性能,但是其结构十分复杂,难以集成化。总的来说,当前使用外部调制产生光频率梳进而产生毫米波信号的方法虽然能够达到很高的工作频段和良好的相噪,但仍存在如下两点限制与不足:
第一,使用电光调制器的方法会使相位噪声会随着调制阶数的增加而恶化以及频率覆盖范围有限,还未充分发挥光子学技术大调谐范围的优势;
第二,难以集成化,为了达到覆盖较宽的光谱范围和较低相噪性能通常需要级联其他调制器或者使用复杂的反馈回路。
而目前通过光注入增益开关产生毫米波的方式则是存在着频率间隔较大的光梳齿功率较低难以进行拍频以及很少有对其拍频信号相噪性能进行具体数值分析等问题。
实现思路