以 μHz Schawlow-Townes 线宽量子噪声极限激光器为参考的超高效光学分频
光学
2025-11-20 v3
摘要
光学分频（Optical Frequency Division, OFD）通过光学频率梳飞轮将超稳定的光频率转换为微波频率，产生具有创纪录低相位噪声和时间抖动的微波振荡器。然而，由于光频率参考中存在严重的热噪声和技术噪声，传统的 OFD 系统在分频复杂度和噪声抑制之间面临显著的权衡。在这里，我们通过生成共腔双色布里渊激光器作为光频率参考来解决这一挑战，该激光器在 10 μHz 量级的 Schawlow-Townes 线宽下运行于基本量子噪声极限。在这些超相干参考激光器的支持下，我们的 OFD 系统使用了一个大幅简化的分频器，具有前所未有的 10 的小分频因子，并产生了 10 GHz 的微波信号，其在 1 Hz 偏移处的相位噪声为 -65 dBc/Hz，在 10 kHz 处为 -155 dBc/Hz，在 10 MHz 处为 -172 dBc/Hz。此外，为了充分利用 OFD 技术的光谱纯度，我们在此实现了直接以 OFD 振荡器为参考的宽带频率合成，覆盖 5 至 20 GHz，调谐时间为毫秒级。我们的工作重新定义了 OFD 中噪声抑制和分频复杂度之间的权衡，为下一代原子钟、量子传感器和低噪声雷达系统的紧凑型高性能微波合成铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2505.24557,
title = {Super-efficient optical frequency division referenced to {\mu}Hz Schawlow-Townes-linewidth quantum-noise-limited lasers},
author = {Jiahao Hu and Yanlan Xiao and Honglei Yang and Siyi Xue and Wenchan Dong and Kunpeng Zhai and Sha Zhu and Kun Qiu and Shengkang Zhang and Jun Ge and Ninghua Zhu and Xiaoshun Jiang and Jing Xu and Huashun Wen and Heng Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.24557},
year = {2025}
}
备注
We will make new work adjustments and key optimizations based on the existing manuscript. Due to the involvement of the disclosure of key parameters, we apply for the withdrawal of the current version of the manuscript