Low-Timing-Jitter and Low-Phase-Noise Microwave Signal Generation Using a VCSEL-Based Optoelectronic Oscillator

Generación de señales microondas de bajo ruido y fluctuación de fase utilizando un oscilador optoelectrónicobasado en VCSEL

Este artículo presenta los primeros resultados de la caracterización del jitter de temporización de un oscilador optoelectrónico (VBO) basado en VCSEL a 2,5GHz. Para todas las implementaciones se caracterizaron láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) que emiten en las bandas O y C. La cavidad resonante se modificó a través de la línea de retardo óptico. La cavidad resonante se modificó a través de la longitud de la línea de retardo óptico para verificar su impacto en el jitter de temporización y el ruido de fase del VBO. El valor más bajo de jitter pico a pico obtenido experimentalmente fue de 71 mUI cuando la longitud de la fibra óptica era de 1 km, mientras que el ruido de fase más bajo fue de -124 dBc/Hz con 5 km. Este valor de ruido de fase, medido con un desplazamiento de 10 kHz, representa una mejora de 8 dB en comparación con resultados anteriores, y es el valor más bajo registrado en la bibliografía para la arquitectura VBO a 2,5GHz.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día, una amplia gama de aplicaciones, como instrumentación ( Wang et al., 2020 , Feng et al. , 2021 ), medición de variables físicas ( Zou et al., 2016 ) y transmisión de datos ( Chi et al. , 2016 ) , integran señales eléctricas en el rango de microondas y ondas milimétricas en sus sistemas. Los osciladores electrónicos se han utilizado tradicionalmente en telecomunicaciones como fuentes de señales de alta frecuencia. Sin embargo, el desarrollo de generadores de señales de microondas nuevos y de buen rendimiento se está viendo impulsado como resultado de la aparición y evolución de algunos sistemas, por ejemplo, radares y radio definida por software, así como el uso de frecuencias más altas en 5G (Ghosh et al. , 2019 ) y redes celulares 6G ( Rappaport, Xing, Kanhere, Ju, Madanayake, Mandal, Alkhateeb y Trichopoulos, 2019 ). Los sistemas basados ​​en componentes optoelectrónicos son una poderosa alternativa para la generación de señales de microondas debido a la alta pureza espectral que pueden alcanzar ( Sung et al ., 2007 ).

El oscilador optoelectrónico (OEO) fue desarrollado en 1996 por Yao y Maleki ( Yao y Maleki, 1996 ), y es uno de los mecanismos más sofisticados para la generación de señales de microondas espectralmente puras (ruido de fase bajo). Una de las principales ventajas de la arquitectura OEO es su alta flexibilidad de configuración, es decir,Se puede implementar en una amplia variedad de versiones con diferentes componentes ópticos y eléctricos para optimizar su rendimiento. En esta topología, la cavidad es una línea de retardo de fibra óptica y su longitud está relacionada con el ruido de fase y el espacio entre diferentes modos no oscilantes.