【摘 要】
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超低相位噪声的微波源在铯喷泉钟、雷达等领域有着重要的应用。随着超稳激光和飞秒光梳的出现与发展,利用光生微波原理来降低微波源相位噪声的方法成为了一个研究热点。利用超稳激光通过飞秒光梳频率下转换生成的微波信号,简称光生微波源,拥有优越的相位噪声和短期频率稳定度性能,是目前低频段相位噪声指标最低的微波源。本论文从光生微波源的搭建入手,讲述了作者在研究生期间的主要工作,包括了光生微波源三个组成部分的搭建:
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超低相位噪声的微波源在铯喷泉钟、雷达等领域有着重要的应用。随着超稳激光和飞秒光梳的出现与发展,利用光生微波原理来降低微波源相位噪声的方法成为了一个研究热点。利用超稳激光通过飞秒光梳频率下转换生成的微波信号,简称光生微波源,拥有优越的相位噪声和短期频率稳定度性能,是目前低频段相位噪声指标最低的微波源。本论文从光生微波源的搭建入手,讲述了作者在研究生期间的主要工作,包括了光生微波源三个组成部分的搭建:光梳锁定至超稳激光、脉冲重复频率倍增链路与谐波探测、微波综合链。实现了9 GHz超稳微波源的搭建,并以此为基础产生超低相噪、频率可调的9.192 GHz的超稳微波源输出,满足在研铯喷泉钟对超稳微波源的需求。本文的主要内容包括:1.通过搭建光梳与超稳激光的拍频光路和PID反馈控制,实现光梳梳齿频率锁定至超稳激光,锁定后的内环频率稳定度指标为3.6×10-16@1 s,实现了超稳激光频率稳定度传递到光梳。2.通过低噪声光电探测生成9 GHz超稳微波信号,生成9 GHz超稳微波信号的链路频率稳定度为3.3×10-16@1 s。基于商用的光纤器件,通过光纤延时测量,采取基于光纤裁剪熔接和光纤延时器的光纤延时补偿,制作了两套两级脉冲重复频率倍增的光纤链路,实现光梳脉冲重复频率frep的提升,提升为初始重复频率的4倍,有效地增加了光生微波信号信噪比。3.基于微波器件、直接数字合成器（Direct Digital Synthesizer,DDS）和自制供电与PID反馈电路,搭建了两套基于9 GHz光生微波信号输入的9.192 GHz微波综合链,并将微波综合链集成到了机箱中。实现了微波综合链的频率锁定,其中锁定带宽达到200 k Hz,微波综合链附加噪声对应的频率稳定度达到3.2×10-15@1 s。4.以锁定到超稳激光的光梳作为同源参考,分别对光生微波与微波综合链以及整体链路的残余相噪与频率稳定度进行了测试,整体链路残余相噪达到-108d Bc/Hz@1 Hz,频率稳定度达到3.8×10-15@1 s。综合超稳激光相噪、光梳锁定至超稳激光的锁定噪声和整体链路的残余相噪,计算得到的光生微波在9.192 GHz的绝对相噪达到-90 d Bc/Hz@1 Hz。利用实现的9.192 GHz微波源,计算得到Dick效应对铯喷泉钟的频率稳定度贡献为5.9×10-15@1 s,满足铯喷泉钟建设的初步需求。
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