简介:

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers(TCAS-I)》近日在线刊发了公司毕晓君教授团队关于光电振荡器的最新研究成果“A Continuously-Tunable Optoelectronic Oscillator with Full Locking Range Utilizing Three Frequency Tuning Mechanisms”。公司毕晓君教授为论文唯一通讯作者，公司硕士生翁靖宇为论文第一作者，bevictor伟德为论文第一完成单位。

研究背景&问题:

随着现代电子技术的发展，振荡器广泛应用于无线通信、航电控制、微波雷达等系统中。传统的电子振荡器随着工作频率的提高相位噪声不断恶化，而光电振荡器（OEO）可突破电子器件对产生信号质量的瓶颈约束，具有实现高频超低相位噪声的潜力，在产生高频谱纯度的微波信号有很好的应用前景。近年来，关于OEO的研究取得了巨大的进展，但仍然存在着仿真方法复杂、稳定性差、集成度低等一系列问题。基于此，本论文在OEO的稳定链路架构和设计上提出了三种互补的频率调谐机制，有效解决了OEO跳模引起的失锁问题。

方案简介:

图1展示了本文提出的具有三种频率调谐机制的OEO结构。为了获得宽带调谐范围，OEO通过由激光器、相位调制器（PM）和相移光纤布拉格光栅（PS-FBG）实现的MPF进行粗调谐；为了实现锁定，插入压控移相器实现精细连续微调；第三个频率调谐机制由正交混频器和直接数字合成器（DDS）来实现，用于提供额外的频移补足前两种调谐方式无法覆盖的频段，以增加锁相环的锁定范围。图2展示了有无频率校准环路的OEO锁定范围对比。

图1 具有三种频率调谐机制的OEO结构图

图2(a)

图2(b)

图2 (a)基于MPF和PLL的OEO锁定范围，(b)加入校准环路后的锁定范围

实验:

图3(a)和(b)分别为本文所提出OEO的具体结构图和实物测试图。图4和图5为实验测试结果。受限于链路中器件的工作频率，整个系统在3-6 GHz的频率范围内进行实验验证。通过在环路中插入500 m光纤，测得的单边带相位噪声在10 kHz偏置处为-110 dBc/Hz。Allan偏差在1000s平均时间内从自由振荡情况下的1.7 ×10^-8提高到锁定下的1.6 ×10^-11，并实现了在整个工作频段内的频率锁定，相对锁定范围比传统OEO增加了11倍以上。

图3(a)

图3(b)

图3 (a)所提出的OEO系统具体结构示意图，(b)OEO实物测试图

图4 锁定OEO、自由运行OEO和参考信号的重叠Allan方差实验测试结果

图5 用500m单模光纤测量输出信号单边相位噪声测试结果

团队介绍:

bevictor伟德毕晓君教授主要从事高速光通信集成电路、毫米波集成电路、超高速封装设计方面的研究工作。入选国家级青年人才计划、承担国家重点研发计划课题2项、国家自然科学基金项目3项、业界龙头企业合作研究项目多项；突破多项硅基光通信集成电路、毫米波集成电路的性能瓶颈，包括：率先实现硅基130 GBaud+硅基驱动放大器、跨阻放大器芯片、100 G EPIC收发机芯片、4×25 GBaud高灵敏度跨阻放大器芯片、75-110 GHz高灵敏度成像接收机芯片等。以第一/通讯作者在国际一流期刊发表SCI论文20多篇，包括IEEE Trans论文20篇；获授权发明专利20多项，美国专利1项。任国家自然科学基金面上项目通讯评审，IEEE JSSC、T-CAS I、T-MTT等电路领域权威期刊审稿人，IEEE ICTA会议TPC及分会主席。

本研究工作得到了国家重点研发计划（2018YFA0704400、2022YFB2802603）以及国家自然科学基金（62074065）等项目的资助。课题组具备良好的科研环境和资源，让每一位课题组成员都有充分机会参与前沿项目，得到科研素养培养。

原文链接：DOI: 10.1109/TCSI.2023.3312332