簡介:

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers(TCAS-I)》近日在線刊發了我院畢曉君教授團隊關于光電振蕩器的最新研究成果“A Continuously-Tunable Optoelectronic Oscillator with Full Locking Range Utilizing Three Frequency Tuning Mechanisms”。我院畢曉君教授為論文唯一通訊作者，我院碩士生翁靖宇為論文第一作者，6774澳门永利為論文第一完成單位。

研究背景&問題:

随着現代電子技術的發展，振蕩器廣泛應用于無線通信、航電控制、微波雷達等系統中。傳統的電子振蕩器随着工作頻率的提高相位噪聲不斷惡化，而光電振蕩器（OEO）可突破電子器件對産生信号質量的瓶頸約束，具有實現高頻超低相位噪聲的潛力，在産生高頻譜純度的微波信号有很好的應用前景。近年來，關于OEO的研究取得了巨大的進展，但仍然存在着仿真方法複雜、穩定性差、集成度低等一系列問題。基于此，本論文在OEO的穩定鍊路架構和設計上提出了三種互補的頻率調諧機制，有效解決了OEO跳模引起的失鎖問題。

方案簡介:

圖1展示了本文提出的具有三種頻率調諧機制的OEO結構。為了獲得寬帶調諧範圍，OEO通過由激光器、相位調制器（PM）和相移光纖布拉格光栅（PS-FBG）實現的MPF進行粗調諧；為了實現鎖定，插入壓控移相器實現精細連續微調；第三個頻率調諧機制由正交混頻器和直接數字合成器（DDS）來實現，用于提供額外的頻移補足前兩種調諧方式無法覆蓋的頻段，以增加鎖相環的鎖定範圍。圖2展示了有無頻率校準環路的OEO鎖定範圍對比。

圖1 具有三種頻率調諧機制的OEO結構圖

圖2(a)

圖2(b)

圖2 (a)基于MPF和PLL的OEO鎖定範圍，(b)加入校準環路後的鎖定範圍

實驗:

圖3(a)和(b)分别為本文所提出OEO的具體結構圖和實物測試圖。圖4和圖5為實驗測試結果。受限于鍊路中器件的工作頻率，整個系統在3-6 GHz的頻率範圍内進行實驗驗證。通過在環路中插入500 m光纖，測得的單邊帶相位噪聲在10 kHz偏置處為-110 dBc/Hz。Allan偏差在1000s平均時間内從自由振蕩情況下的1.7 ×10^-8提高到鎖定下的1.6 ×10^-11，并實現了在整個工作頻段内的頻率鎖定，相對鎖定範圍比傳統OEO增加了11倍以上。

圖3(a)

圖3(b)

圖3 (a)所提出的OEO系統具體結構示意圖，(b)OEO實物測試圖

圖4 鎖定OEO、自由運行OEO和參考信号的重疊Allan方差實驗測試結果

圖5 用500m單模光纖測量輸出信号單邊相位噪聲測試結果

團隊介紹:

6774澳门永利畢曉君教授主要從事高速光通信集成電路、毫米波集成電路、超高速封裝設計方面的研究工作。入選國家級青年人才計劃、承擔國家重點研發計劃課題2項、國家自然科學基金項目3項、業界龍頭企業合作研究項目多項；突破多項矽基光通信集成電路、毫米波集成電路的性能瓶頸，包括：率先實現矽基130 GBaud+矽基驅動放大器、跨阻放大器芯片、100 G EPIC收發機芯片、4×25 GBaud高靈敏度跨阻放大器芯片、75-110 GHz高靈敏度成像接收機芯片等。以第一/通訊作者在國際一流期刊發表SCI論文20多篇，包括IEEE Trans論文20篇；獲授權發明專利20多項，美國專利1項。任國家自然科學基金面上項目通訊評審，IEEE JSSC、T-CAS I、T-MTT等電路領域權威期刊審稿人，IEEE ICTA會議TPC及分會主席。

本研究工作得到了國家重點研發計劃（2018YFA0704400、2022YFB2802603）以及國家自然科學基金（62074065）等項目的資助。課題組具備良好的科研環境和資源，讓每一位課題組成員都有充分機會參與前沿項目，得到科研素養培養。

原文鍊接：DOI: 10.1109/TCSI.2023.3312332