[發明專利]一種倍頻光電振蕩器

有效

• 申請號: 201310114026.4
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103219632A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 楊春;崇毓華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種倍頻光電振蕩器，屬于光子技術和微波技術領域。

背景技術

傳統的高性能微波信號源大都采用電儲能元件例如介質腔振蕩器或聲儲能元件例如石英晶體振蕩器構成諧振腔。當介質腔和晶體諧振腔的工作頻率超過千兆赫茲時，其品質因數(Quality?factor，Q)迅速下降，所產生的微波信號具有較差的相位噪聲。

上世紀九十年代，X·S·姚等人首次提出利用光電振蕩器(Optoelectronic?Oscillator，OEO)產生高性能的微波信號，參見授予X·S·姚等人的中國專利第00803073號。光電振蕩器是一種基于光學諧振腔儲能的微波振蕩器。典型的光電振蕩器主要由以下幾個器件組成：激光光源、電光調制器、一段單模光纖或高Q值光學諧振腔、光探測器、微波放大器和微波帶通濾波器。因為單模光纖具有極低的損耗，損耗約為0.2dB/km，所以幾公里長的光纖構成的環形腔的Q值達到10¹⁰，基于該種光學腔的振蕩器可以產生極低相位噪聲的振蕩信號。與傳統振蕩器相比，光電振蕩器不僅具有非常低的相位噪聲，而且其相位噪聲與振蕩頻率無關，故其振蕩信號的低相位噪聲特性在微波、毫米波甚至更高頻率下均能得到保證。盡管光電振蕩器可以產生高質量的微波信號，但是振蕩輸出信號的頻率仍然受到光電環路中各個器件的帶寬限制，主要包括：電光調制器、微波放大器、微波帶通濾波器。為了擴展光電振蕩器的輸出頻率，研究者提出了倍頻光電振蕩器(T.Sakamoto，T.Kawanishi，and?M.Izutsu，CLOE2005.以及S.Pan?and?J.Yao，IEEE?Photon.Technol.Lett.，2009.以及W.Lixian，Z.Ninghua，L.?Wei，and?L.?Jianguo，IEEE?Photon.Technol.Lett.，2011.)。倍頻光電振蕩器的關鍵是在生成倍頻振蕩信號的同時，要還原基頻振蕩信號以維持光電振蕩器的工作。在T.Sakamoto等人的方案中，調制器偏置在最小傳輸點，實現倍頻信號輸出，但該方案需要用到電1/2分頻器；在S.Pan等人的方案中，為了讓偏振態調制器的兩路輸出信號實現不同的強度調制特性，每一路均需要通過一個光檢偏器來精確控制使得輸出光與輸入光的偏振方向呈一定的角度。實現光檢偏器通常采用的技術有二種：一、采用絕緣層上覆硅技術(silicon-on-insulator，SOI)來實現；二、采用在波導內加應力控制的光波導工藝來實現。這些都不是常規的鈮酸鋰工藝能夠實現的。而電光調制器通常采用基于鈮酸鋰晶體的常規的鈮酸鋰工藝來實現。因此，光檢偏器與光調制器單片集成是很難實現的。在W.Lixian等人的方案中，基于雙并聯馬赫曾德爾調制器的載波相移調制實現倍頻信號輸出，但需要采用啁啾光纖光柵還原基頻振蕩信號。由于光纖光柵的色散不易控制，因此必須配合使用可調激光器調節來色散，但增加了成本和復雜度。

發明內容

發明目的：提出一種結構簡單、成本較低且易于穩定控制的倍頻光電振蕩器，實現光電振蕩器的倍頻振蕩信號的輸出。

技術方案：

一種倍頻光電振蕩器，包括光源、基波與倍頻雙輸出光調制器模塊、第一光探測器、光電環路；其中，基波與倍頻雙輸出光調制器模塊的輸入端與光源連接，第一光探測器的輸入端與所述基波與倍頻雙輸出光調制器模塊的第一輸出端連接后輸出倍頻微波信號，光電環路的輸入端與所述基波與倍頻雙輸出光調制器模塊的第二輸出端連接構成工作于諧振頻率的光電振蕩電路，所述光電環路的輸出端與基波與倍頻雙輸出光調制器模塊的電輸入端連接構成光電反饋回路；

其中，所述基波與倍頻雙輸出光調制器模塊包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、馬赫曾德爾調制器、光移相器；第一光耦合器的輸入端與所述光源連接，馬赫曾德爾調制器的輸入端與所述第一光耦合器的第一輸出端連接，第二光耦合器的輸入端與所述馬赫曾德爾調制器的輸出端連接，第一光探測器的輸入端與所述第二光耦合器的第一輸出端連接，所述第二光耦合器的第二輸出端與所述第三光耦合器的第一輸入端連接，所述第三光耦合器的第二輸入端與所述第一光耦合器的第二輸出端連接，所述第三光耦合器的輸出端與所述光電環路的輸入端連接，光移相器串聯在所述第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、馬赫曾德爾調制器中任意兩個器件之間；

其中，所述馬赫曾德爾調制器包括：第一直流偏壓端、電輸入端；第一直流偏壓端連接第一直流電壓信號，電輸入端連接所述光環電路的輸出端；所述光移相器包括第二直流偏壓端，第二直流偏壓端連接第二直流電壓信號。