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，华中科技大学张新亮教授、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华中科技大学学术前沿青年团队科研项目的资助。

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