近日，中国科学院国家授时中心研究人员在光生微波源关键技术研究中再次取得积极进展。针对脉冲激光信号在低噪声光电转换过程中的特性，研究人员采用了一种基于微波再生方法的技术，直接从锁定的光梳输出的脉冲光信号中再生出微波信号，提升了获得的微波信号的频率稳定度性能。相关研究成果以《Optically referenced microwave generator with attosecond-level timing noise》为题发表于期刊Photonics。

再生微波的方法是利用锁相环技术，将一个频率为光梳重复频率整数倍的介质振荡器锁定在飞秒光梳的光脉冲上，该介质振荡器输出信号即为再生的光生微波信号，获得具有光梳光脉冲频率稳定度的微波信号（见图1）。再生微波信号的关键在于误差信号的获取，使用光纤环路光-微波鉴相器（Fiber Loop Optical-Microwave Phase Detector, FLOM-PD），进行直接的光-微波鉴相。FLOM-PD的输入是光信号和微波信号，输出直接对应于光-微波相位的鉴相信号（见图1灰色部分）。

图1 再生微波方法原理框图

通过2套相同系统互相对比的方法测试了再生微波部分附加的频率稳定度和相位噪声，频率稳定度为1.1×10^-15 @ 1s，在百秒处降至E-16量级。相位噪声为-121 dBc/Hz @ 1 Hz，在100 Hz~40 kHz分析带宽内，相位噪声约-138 dBc/Hz，计算的时间抖动约为1.8 as Hz^-1/2。

图2 微波再生部分附加的频率稳定度和相位噪声

用该方法再生了9.6 GHz光生微波信号，并对其进行了稳定度评估，频率稳定度为2.1×10^-15 @ 1 s，见图3红色曲线，较之前系统的频率稳定度提升1.5倍。

图3 再生9.6 GHz光生微波信号的频率稳定度（红色曲线）