高质量的微波信号是现代微波系统的基石，在民用和国防军事等领域具有广泛的应用。由于电子瓶颈的限制，传统的电子技术在产生高频、低相位噪声的微波信号时仍然面临着严峻的挑战。微波光子技术借助光子技术低损耗、大带宽、抗电磁干扰的优势，为高质量微波信号的产生、处理和传输提供了全新的思路和有力的支持。其中，光电振荡器（Optoelectronic Oscillator，OEO）是一种可以产生高频、低相位噪声、高频率稳定性的光生微波技术，是理想的微波信号源。

模式选择已然成为OEO研究的重中之重。宇称时间（parity−time，PT）对称因其具有强大的模式选择能力尤为引人瞩目。然而，基于空间的双环路PT对称OEO由两个空间分离的物理环路构成，需要两个反馈环路完全一致，增加了系统复杂性并且对环境扰动即为敏感。因此，在单一空间环路中构建PT对称能够有效地简化PT对称系统，同时增强OEO的稳定性。

近日，18luck新利电竞 张新亮教授、于源副教授团队提出了一种基于受激布里渊（SBS）效应的PT对称OEO的新方案。该方案基于SBS效应构建了单环路的PT对称结构，结合基于SBS的微波光子滤波器与PT对称在OEO中进行模式选择，增强了环路中的选模特性，获得了稳定的单模振荡。相关研究成果以“Parity–time-symmetricoptoelectronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering”为题，发表于ACS Photonics 2023年第10卷第7期。

图1. 基于SBS的PT对称OEO的实验装置图

图2. HNLF环路为1388.9m (a)多模振荡电谱图，插图Span为700 kHz，分辨率为 6.8 kHz的电谱细节图；(b)单模振荡电谱图，插图Span为2 MHz，分辨率为 18 kHz的电谱细节图；(c) Span为0.4 MHz，分辨率为3.9 kHz下单模振荡与多模振荡对比电谱图。

图1展示了基于SBS的PT对称OEO的实验装置图。SBS过程会同时产生增益和损耗。当泵浦光和探测光波长相同时，SBS增益和SBS损耗会分别对边带进行放大和衰减，从而构成PT对称的增益和损耗。实验中，通过调节泵浦光功率以及SBS效率，匹配增益与损耗，进而实现稳定的单模振荡。当不满足PT对称时，闭合OEO回路，OEO处于多模振荡状态，如图2(a)所示。多模振荡电谱的细节图表明OEO环路的模式间隔为144 kHz，对应的环路长度为1388.9m。可以看到，此时的模式竞争十分严重。通过调节探测光和泵浦光的偏振态平衡增益和损耗，可以获得稳定的单模振荡。图2(b)展示了单模振荡时的电谱图，其中心频率为9.66GHz。当减小频谱范围至为2 MHz时，此时振荡信号的边模抑制比为41 dB。为了更清晰地观察单模振荡与多模振荡的差别。测试相同的频谱范围下的电谱，如图2(c)所示。单模振荡时，起振信号的功率增加了2.74 dB，左、右侧边带分别被抑制了33.42dB和34.55dB。由此可知，当基于SBS的微波光子滤波器与PT对称同时作用时，增强了环路中的模式选择能力。

图3. (a) 基于SBS效应的PT对称OEO输出频率调谐电谱图；(b)不同频率的微波信号相位噪声谱；（c）系统频率稳定性。

为了评估该方案中产生微波信号的质量，测试了微波信号的相位噪声和频率稳定性。如图3(a)为不同环路长度下产生微波信号的相位噪声谱。当环路长度为1388.9m时，输出信号在10kHz处的相位噪声为−120.1 dBc/Hz，边模噪声分别低于−70 dBc/Hz，进一步证明了所提出PT对称OEO中模式选择机制的有效性。图3(c)展示了微波信号在1分钟内的频率漂移情况，漂移量为3.84 kHz。由图可知，在测试过程中，没有发生跳模现象，也没有明显的功率波动，表明该方案具有出色的稳定性。

该工作利用SBS效应构建了单环路的PT对称OEO，极大地简化了系统结构。采用基于SBS的微波光子滤波器与PT对称共同进行选模，实现了稳定的单模振荡，提高了模式选择能力。相关的研究成果在雷达、无线通信系统以及电子战等方面具备广泛的应用前景。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和18luck新利电竞 学术前沿青年团队科研项目的资助。

（https://doi.org/10.1021/acsphotonics.2c01518）