面向多频段射频信号光子辅助处理的光电振荡器关键技术研究

Facing the great demand of multiband RF signal processing in the future civil and military microwave systems, and considering the status and development trend of optoelectronic oscillator (OEO) at home and abroad, a series of innovative theoretical and experimental studies on the areas of high performance of OEO and the application for the multiband RF signal processing of OEO will be carried out in this project. Some breakthroughs are predicted in the key techniques of side-mode suppression, low phase noise, high long-term stability, large frequency and phase tunability of OEO. A tunable arbitrary frequency-multiplying OEO will be proposed and demonstrated experimentally to expand the operating frequency range of the OEO-based microwave source. Meanwhile, based on the high performance OEO, the optical frequency comb with a widely tunable center wavelength and comb spacing will be studied. By studying the multi-longitudinal mode oscillation mechanism of injection locking OEO and optimizing the system configuration parameters, a flat-top microwave frequency comb with tunable comb spacing will be presented. A photonic-assisted microwave processing platform with multi-band RF signal down- and up-conversion, and a photonic-assisted channelized receiver of broadband RF signal will be established. The above research achievements will provide the theoretical and experimental supports for the photonic-assisted processing of multiband RF signal in future microwave systems.

面向未来民用和军用微波系统的多频段射频信号处理的重大需求，结合光电振荡器(OEO)国内外的发展趋势，本课题将围绕高性能OEO关键技术和面向多频段射频信号处理的OEO应用技术中的关键科学问题，开展一系列的创新性理论和实验研究。在OEO的边模抑制、相位噪声、长期频率稳定性、振荡频率和相位大范围同时可调等关键技术上取得突破。进一步设计和实验研究具有任意倍频因子的OEO结构，扩展基于OEO的微波源的工作频率范围。同时，研究基于高性能OEO的频率间隔和中心波长独立可调的光学频率梳；研究注入锁定OEO的多纵模振荡工作机制，优化系统结构参数实现基于OEO的频率间隔可调的平顶微波频率梳；建立具有多频段射频信号上下变频功能的光子辅助微波处理平台，建立宽带射频信号多频点感知的信道化接收机。为未来微波系统的多频段射频信号光子辅助处理系统结构、关键器件和技术提供理论和实验支持。

本课题围绕高性能光电振荡器（OEO）关键技术，面向多频段射频信号处理的OEO应用技术和基于OEO的光信号感知技术，开展了一系列的创新性理论和实验研究。提出了多种新型高性能OEO，包括高频倍频OEO，相位和频率同时可调OEO，宽带频率可调OEO，基于PT-对称的OEO以及多种用于信号测量和处理的双频OEO，揭示了OEO非线性动力学振荡机理，在边模抑制、相位噪声、频率可调谐等关键科学技术上取得了显著进展，丰富了OEO的研究内涵。将OEO与光信号处理技术相结合，设计并实现了具有时钟提取、解复用、码型转换和串并转换功能的可重构光信号处理器，提出了无背景噪声微波信号产生方案；对光载射频通信关键技术进行了研究，解决了相位信号和矢量微波信号域混频中的问题，实现了基于OEO的高性能频率可调混频系统。基于单频OEO实现了色散、折射率、角速度等高性能信号感知和处理，并设计了多种基于双频OEO的应力和温度、磁场和温度等双参量测量的结构，解决了多参数交叉敏感问题。该项目的研究成果为OEO的性能提高及其在信号处理、感知、通信技术中的应用奠定了基础，推动OEO在通信、电子战、雷达等民用和军用领域的应用发展，具有重要的科学意义和实用价值。.项目资助期间，共发表有效论文32篇，其中期刊论文28篇，会议论文4篇，国际国内会议分组报告5次，特邀报告1次。包括SCI检索论文23篇（An2区6篇，An3区7篇，An4区10篇），OSA Continuum 1篇，EI检索论文6篇；申请国家发明专利3项，培养博士硕士毕业研究生17名，均超过了预期目标。