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Ultralow-noise photonic microwave synthesis using a soliton microcomb-based transfer oscillator.
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-01-17 , DOI: 10.1038/s41467-019-14059-4 Erwan Lucas 1 , Pierre Brochard 2 , Romain Bouchand 1 , Stéphane Schilt 2 , Thomas Südmeyer 2 , Tobias J Kippenberg 1
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-01-17 , DOI: 10.1038/s41467-019-14059-4 Erwan Lucas 1 , Pierre Brochard 2 , Romain Bouchand 1 , Stéphane Schilt 2 , Thomas Südmeyer 2 , Tobias J Kippenberg 1
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The synthesis of ultralow-noise microwaves is of both scientific and technological relevance for timing, metrology, communications and radio-astronomy. Today, the lowest reported phase noise signals are obtained via optical frequency-division using mode-locked laser frequency combs. Nonetheless, this technique ideally requires high repetition rates and tight comb stabilisation. Here, a microresonator-based Kerr frequency comb (soliton microcomb) with a 14 GHz repetition rate is generated with an ultra-stable pump laser and used to derive an ultralow-noise microwave reference signal, with an absolute phase noise level below -60 dBc/Hz at 1 Hz offset frequency and -135 dBc/Hz at 10 kHz. This is achieved using a transfer oscillator approach, where the free-running microcomb noise (which is carefully studied and minimised) is cancelled via a combination of electronic division and mixing. Although this proof-of-principle uses an auxiliary comb for detecting the microcomb's offset frequency, we highlight the prospects of this method with future self-referenced integrated microcombs and electro-optic combs, that would allow for ultralow-noise microwave and sub-terahertz signal generators.
中文翻译：
使用基于孤子微梳的转移振荡器的超低噪声光子微波合成。
超低噪声微波的合成对于计时、计量、通信和射电天文学具有科学和技术意义。如今，报道的最低相位噪声信号是通过使用锁模激光频率梳的光学频分获得的。尽管如此，该技术理想地需要高重复率和紧密的梳稳定性。这里，使用超稳定泵浦激光器生成具有 14 GHz 重复率的基于微谐振器的克尔频率梳（孤子微梳），并用于导出超低噪声微波参考信号，绝对相位噪声水平低于 -60 dBc /Hz（1 Hz 偏移频率）和 -135 dBc/Hz（10 kHz）。这是通过使用转移振荡器方法来实现的，其中通过电子除法和混合的组合来消除自由运行的微梳噪声（经过仔细研究并最小化）。尽管这种原理验证使用辅助梳来检测微梳的偏移频率，但我们强调了这种方法在未来自参考集成微梳和电光梳方面的前景，这将允许超低噪声微波和亚太赫兹信号发生器。
更新日期：2020-01-17
中文翻译：
使用基于孤子微梳的转移振荡器的超低噪声光子微波合成。
超低噪声微波的合成对于计时、计量、通信和射电天文学具有科学和技术意义。如今，报道的最低相位噪声信号是通过使用锁模激光频率梳的光学频分获得的。尽管如此，该技术理想地需要高重复率和紧密的梳稳定性。这里，使用超稳定泵浦激光器生成具有 14 GHz 重复率的基于微谐振器的克尔频率梳（孤子微梳），并用于导出超低噪声微波参考信号，绝对相位噪声水平低于 -60 dBc /Hz（1 Hz 偏移频率）和 -135 dBc/Hz（10 kHz）。这是通过使用转移振荡器方法来实现的，其中通过电子除法和混合的组合来消除自由运行的微梳噪声（经过仔细研究并最小化）。尽管这种原理验证使用辅助梳来检测微梳的偏移频率，但我们强调了这种方法在未来自参考集成微梳和电光梳方面的前景，这将允许超低噪声微波和亚太赫兹信号发生器。
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