提起微波,可以说它和我们的生活息息相关。手机、蓝牙以及wifi,这些日常高频率使用的设备,都是通过微波实现数据传输的。所以,我们每天都在和微波打交道。
超稳微波是指频率稳定度超级稳定、相位噪声极低、频率范围处在300 MHz~300 GHz范围内的电磁波。它比普通微波稳定的多得多,简直就是普通微波的超级Plus版。从时间尺度上看,超稳微波信号是指周期连续、频率单一的正弦波;而从频率尺度上看,超稳微波信号是频谱宽度很窄的信号。
超稳微波源主要面向高精尖技术应用领域,这也难怪我们很少听说它。将超稳微波源应用在国防的高精度雷达系统中,可以提升雷达的探测精度;应用于铯原子喷泉钟(一种精密的计时器具)里面,可以提升铯喷钟的稳定度,做到100万年才误差1秒;此外,超稳微波源还可以应用于深空导航、量子信息系统以及天文探测等领域。
超稳光生微波源主要由超稳激光器、飞秒光学频率梳和微波频率综合器这三部分组成。超稳激光器提供超级稳定的单频激光信号,它是超稳微波的参考源,其频率稳定度制约着所产生的微波的频率稳定度;飞秒光学频率梳用来搭建一条连接超稳激光信号和超稳微波信号的桥梁,让超稳激光直接将频率稳定度传承给超稳微波,得到光生微波信号;微波频率综合器,可以将飞秒光梳传递的微波信号变换至任意希望的频率值上。
光生微波技术极大地促进了铯喷钟的研究进展。2017年,国家授时中心的科研人员研制出了可以产生9.192 GHz信号的光生微波源,用于铯原子喷泉钟(NTSC-F1)中,将铯原子喷泉钟的短期频率稳定度提升了6倍,进入了E-14量级。当然,光生微波源不止可以应用于铯原子喷泉钟,还可以应用于冷原子光钟系统中,而光钟有望在不久的将来,代替铯频标成为新的原子频标。