Оптоэлектронная система генерации сигнала с низким уровнем фазовых шумов на основе сверхвысокочастотного мультиплексора: оценка возможностей построения

Статья посвящена актуальной задаче микроволновой фотоники: разработке оптоэлектронных систем генерации сверхвысокочастотных сигналов. Интерес к созданию таких систем в значительной мере обусловлен возможностями получения сверхвысокочастотных сигналов с низким уровнем фазовых шумов. Использование каналов сверхвысокочастотного мультиплексора в качестве фильтров в составе оптоэлектронных генераторов открывает новые возможности при построении оптоэлектронных систем генерации сверхвысокочастотных сигналов на разных частотах. Предложенный вариант реализации оптоэлектронного генератора позволяет дискретно регулировать частоту генерируемого сигнала или генерировать сигнал одновременно на нескольких заданных частотах. Представлены результаты экспериментов по измерению фазовых шумов гармонического сигнала, генерируемого разработанной оптоэлектронной системой генерации сверхвысокочастотных сигналов. В исследуемой оптоэлектронной системе генерации сверхвысокочастотных сигналов измерены фазовые шумы: менее 100 дБн/Гц при отстройке 1 кГц от несущей частоты и менее 130 дБн/Гц при отстройке 10 кГц от несущей частоты. Полученные результаты подтверждают возможность использования мультиплексоров в качестве полосовых фильтров, что привлекательно при разработке и оптимизации оптоэлектронных генераторов сверхвысокочастотных сигналов.

1. Hao T., Liu Y., Tang J., et al. Recent advances in optoelectronic oscillators. Advanced Photonics, 2(4), 044001–044001 (2020). https://doi.org/10.1117/1.AP.2.4.044001

2. Ming L., Tengfei H., Wei L., Yitang D. Tutorial on optoelectronic oscillators. APL Photonics 1, 6(6), 061101 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0050311

3. Zhang H., Zhang F., Pan S., et al. Photonic generation of linearly chirped microwave waveforms with tunable parameters. IEEE Photonics Technology Letters, 32(17), 1037–1040 (2020). https://doi.org/10.1109/LPT.2020.3011411

4. Zeng Z., Zhang L., Zhang Y. et al. Frequency-defi nable linearly chirped microwave waveform generation by a Fourier domain mode locking optoelectronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering. Optics Express, 28(9), 13861–13870 (2020). https://doi.org/10.1364/OE.391930

5. Zhang L., Zeng Z., Zhang Y. et al. Frequency-sweep-range-reconfi gurable complementary linearly chirped microwave waveform pair generation by using a Fourier domain mode locking optoelectronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering. IEEE Photonics Journal, 20(3), 1–10 (2020). https://doi.org/10.1109/JPHOT.2020.2988210

6. Zhang W., Yao J. Silicon photonic integrated optoelectronic oscillator for frequency-tunable microwave generation. Journal of Lightwave Technology, 36(19), 4655–4663 (2018). https://doi.org/1109/JLT.2018.2829823

7. Tang J., Hao T., Li W. et al. Integrated optoelectronic oscillator. Optics Express, 26(9), 12257–12265 (2018). https://doi.org/10.1364/OE.26.012257

8. Peng H., Zhang C., Xie X. et al. Tunable DC-60 GHz RF generation utilizing a dual-loop optoelectronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering. Journal of Lightwave Technology, 33(13), 2707–2715 (2015). https://doi.org/10.1109/JLT.2015.2403073

9. Zeng Z., Zhang Z., Zhang L. et al. Stable and fi nely tunable optoelectronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering and an electro-optic frequency shift. Applied Optics, 55(3), 589–594 (2020). https://doi.org/10.1364/AO.378196

10. Hu J., Zhang J., Li X. et al. Tuneable photonic microwave waveforms generation based on a dual-loop optoelectronic oscillator. IEEE Photonics Journal, 16(3), 1–5 (2024). https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.3400600

11. Ustinov A., Kalinikos B., Srinivasan G. High-Q active ring microwave resonators based on ferrite-ferroelectric layered structures. Applied Physics Letters, 92(19), 193512 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2931085

12. Lebedev V., Agruzov P., Iliyechev I. et al. A tunable optoelectronic oscillator with phase-to-amplitude modulation transformation via an acetylene reference cell. Photonics, 2023, 10(2), 196. https://doi.org/10.3390/photonics10020196

13. Bortsov A. A., I’lin Yu. B., Smolskiy S. M. Nanostructural optoelectronic oscillators with the fi ber-optical delay line. In: Laser optoelectronic oscillators. Springer Series in Optical Sciences, vol. 232, pp. 15–71. Springer Cham (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-45700-6_2

14. Kondrashov A., Ustinov A., Kalinikos B.et al. Infl uence of Mach-Zehnder modulator bias point on chaotic dynamics in spin-wave optoelectronic oscillator. Journal of Physics: Conference Series, 1697, 012166 (2020). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1697/1/012166