[论文解读] Optically locked low-noise photonic microwave oscillator

Zexing Zhao, Bin Li+14 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2026

Advanced Photonic Communication Systems被引用 0

一句话总结

论文展示了一种在10.4 GHz的光锁定、低噪声光子微波振荡器，采用双激光自锁定对准高Q值Fabry-Perot腔，实现紧凑封装和超过20 dB的共模噪声抑制。

ABSTRACT

The next-generation sensing and communication applications rely on high-frequency microwave generation with low-noise. The microwave photonic technology is promising by the practical application is limited by its complex architecture so far. Here, we demonstrate an optically locked low-noise photonic microwave oscillator, so that all the optical components are packaged within a small module of 166 mL, and low noise microwave generation is achieved at 10.4 GHz with single-sideband phase noise of -54 dBc/Hz at 10 Hz, -141 dBc/Hz at 10 kHz, and -162 dBc/Hz at 10 MHz offset. Above performance arises from a dual-laser self-injection-locking scheme to a single Fabry-Perot cavity with high Q exceeding 10^8, with over 20 dB common-mode noise suppression. The low-noise nature of such reference is coherently transferred to the X-band through a high-performance TFLN electro-optic comb chip, thereby overcoming long-standing barriers in photonic microwave integration to enable truly field-deployable low-noise microwave generation.

研究动机与目标

• 开发适用于现场部署的紧凑、低噪声光子微波振荡器。
• 通过将光学元件锁定到高Q腔实现高信号纯度。
• 通过电-光梳将低噪声光参考的相干传递到微波域。
• 在保持性能的同时实现小型模块内的实用封装。

提出的方法

• 采用双激光自锁定方案对准单个Q值>1e8的Fabry-Perot腔。
• 实现高性能的TFLN电-光梳芯片，将光学稳定性转换至X波段。
• 实现光学参考与微波输出之间>20 dB的共模噪声抑制。
• 将所有光学元件封装在166 mL模块中以便现场部署。

实验结果

研究问题

• RQ1 光锁定到高Q腔的双激光是否能在X波段实现低噪声微波发生？
• RQ2 在该架构中自锁定能实现何种程度的共模噪声抑制？
• RQ3 是否可能通过电-光梳将光学低噪声稳定性以相干方式传递到10.4 GHz微波信号？
• RQ4 在不降低噪声性能的前提下，系统能否在紧凑模块中实现封装？

主要发现

• 在10 Hz处为-54 dBc/Hz、10 kHz处为-141 dBc/Hz、10 MHz偏移处为-162 dBc/Hz的单边带相位噪声实现10.4 GHz微波产生。
• 双激光自锁定到高Q Fabry-Perot腔实现>20 dB的共模噪声抑制。
• 光学稳定性通过高性能的TFLN电-光梳芯片以相干方式传递到X波段。
• 所有光学元件均封装在166 mL模块中，便于实用的现场部署。