微波信号受到量子噪声或热噪声的影响草榴社区邀请码，，其频率容易产生不同流程的漂移。当今，5G 通讯、雷达、电子等诸多规模王人在寻求约略兼具低噪声和高频率的微波信号。

为措置上述问题，好意思国哥伦比亚大学团队开垦了一种新式光学系统，其仅通过单激光器即可产生兼具高质料和超低噪声的微波信号。

该系统的上风在于确立的袖珍化，其集成在 1 平日毫米（1 毫米×1 毫米），厚度为 400 微米的芯片上。况且，在 10kHz 偏移频率要求下，还创造了迄今为止集成光子学平台中低噪声微波信号的新记录-128dBc/Hz。

该本领在自动驾驶（举例车载雷达）、无线通讯和精密计量（举例原子钟）等规模，具有平庸的诈欺后劲。

具体来说：

在自动驾驶规模，微波信号径直影响着车载雷达的精确度。高质料的微波有助于车载雷达更精确地测量信号，以有筹商和判断对面物体的明白情状。

在无线通讯规模，微波信号则与运送信息量息息关联。高质料的微波信号，意味着约略捎带更多的频率调制信息，从而提高无线通讯的效果。

在精密计量规模，这一系统不错与原子气体模块集成，产生愈加便携的原子钟。

图丨通过分频产生片上低噪声微波（起头：赵昀）

日前，关联论文以《使用单激光器进行全光分频》（All-optical frequency division on-chip using a single laser）为题发表在 Nature 上[1]。

哥伦比亚大学博士后照应员赵昀是第一作家，亚历山大·L·盖塔（Alexander L.Gaeta）教养担任通讯作家。

图丨关联论文（起头：Nature）

光学关于高频率的微波信号来说，具有显赫的上风。由于光学自己频率在几百太赫兹界限内，因此基于光学产生的微波信号，从骨子上是将高光学频率降到较低的微波频率。

也等于说草榴社区邀请码，，越高的微波频率离光学的本征频率越近。用电子的步伐，微波频率的噪声会更高，而用光学方端正不受该要素的影响，因此高频率微波不错产生超低噪声。

图丨光参量震憾器噪声和光参量震憾-孤子同步的数值模拟（起头：Nature）

从光学信号产生微波信号，需要让产生的微波信号与之前终点高质料的光学信号同步。

此前的作念法需要测量这两个信号之间的舛讹，然后继承电子或机械的步伐加以修正；而该课题组所提倡的新步伐在方式上更浮浅，不需要进行任何测量，即可将光学系统和微波自动锁定在一谈。

据先容，该照应的谋略灵感起头于萤火虫群体的同步发光景观：它们荧光精明和灭火的频率老是同步的。

赵昀评释说谈：“这个同步景观的要道点在于，唯一每个物理个体之间发生终点狭窄的耦合，橘梨纱全集它们的频率就不错同步起来，并不需要特等的测量与修正，这么不错省俭广漠的空间和能耗。”

图丨赵昀（起头：赵昀）

该照应终点于将非线性的参量震憾器与频率梳进行同步。从物理图景上来交融，参量震憾器可看作是一个终点小的势垒，而频率梳则可看看成一个粒子。

当粒子变调到参量震憾器势垒的最低势能处，便不再变调而是走漏下来。此时，其所产生的微波信号也不再改变。

此前，要是思产生走漏光学信号的作念法往往是，把一束激光走漏到物理振动腔，以测量激光与震憾腔之间的舛讹信号，再用电子和机械的方式来走漏这束激光。

而在此次新照应中，该团队继承了一种纯物理的、全新的光学信号产生方式：非线性光学中的参数震憾法。

“咱们发现，参数震憾法约略终点有用地区别进犯量子噪声和热噪声，不仅不错赢得比光学腔自己更走漏的信号，同期，它的量子真空极限比大多数的激光器低得多。”赵昀说。

与其他同步照应不同的是，以往照应中一般为换取频率振子之间的同步，而在该照应中，基于谐波系统同步，两个振子之间的频率各别为 468 倍。

“这在之前的光学系统和其他的物理生物系统中王人是很少能不雅测到的，该照应扩张了同步照应系统的界限。”赵昀示意。

图丨可电子检测的微波产生（起头：Nature）

此次照应为规模带来了新的决策，但也有一些器件探索的空间，举例，微波信号噪声并莫得总共鉴识系统的热噪声。

图丨亚历山大·L·盖塔（Alexander L.Gaeta）教讲课题组（起头：赵昀）

因此，不才一阶段的照应探索中，照应东谈主员计较不息阅兵参量震憾器的性能，通过变调参量震憾器不同频率的 Q 值等方式，更好地进犯热噪声。另一方面，当今该课题组在高偏移频率下，受到量子噪声的兑现。

赵昀示意：“咱们发现，有可能通过量子态关联操作，让参量震荡器的性能超过真空噪声极限，从而进一步裁减它产生的微波噪声。当今，咱们仍是取得了一些初步明白。”

参考云尔：

1.Zhao， Y.， Jang， J.K.， Beals， G.J. et al. All-optical frequency division on-chip using a single laser. Nature 627， 546–552 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07136-2

运营/排版：何晨龙

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