具有高时序稳定性的低噪声微波信号是现代科学和具有广泛社会影响的多种技术的关键推动者。定位和导航、先进通信、高保真雷达和传感以及高性能原子钟都依赖于低噪声微波信号。这些快速发展的技术不断加剧对当前微波源的更高水平需求，同时对系统尺寸、重量和功耗施加了更严格的限制。与传统电子方法相比，光子光波系统为产生低噪声微波提供了独特优势。频率梳在过去几十年中的引入和快速发展，实现了整个电磁频谱的无缝相干合成。然而，这些方法的一个重大挑战是相对较大的尺寸和功耗限制了其在实验室环境中的使用。
2024年3月6日《自然》期刊报道，美国国家标准与技术研究院（NIST）、国家航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院等合作通过集成光子组件的两点光学分频（two-point optical frequency division, 2P-OFD）的最佳实现，实现了低噪声微波从而开发出一种能够将光转换为微波的紧凑型芯片技术。
研究人员成功将定时波动减少到15飞秒，从而增强了雷达和传感系统的准确性，同时也改善了依赖高精度计时和通信的其他技术的性能。该技术的独特之处在于其紧凑设计以及能将所有组件集成到单个芯片上，这有助于减小系统尺寸和功耗，提高其在日常设备中的可用性。
该研究成果未来将有助于高精度计时和通信功能应用到更广泛的领域，包括导航系统、通信网络、雷达以及天文观测等多个领域。
论文信息：Igor Kudelin, William Groman, Qing Xin Ji, et al. Photonic chip-based low-noise microwave oscillator [J]. Nature, 2024, 627:534–539.
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07058-z
