[發明專利]一種主從式光電振蕩器及其方法

有效

• 申請號: 201810049763.3
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108270141B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 童國川;金韜;池灝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種主從式光電振蕩器及其方法。包括半導體激光器、電光調制器、長光纖、光電探測器、射頻放大器、等效窄帶濾波器、1X2功分器及輔助光電振蕩器作為高穩定的外參考模塊。其中輔助光電振蕩器由第二半導體激光器、第二電光調制器、短光纖、第二光電探測器、第二射頻放大器及第一射頻帶通濾波器組成，由穩定的外參考源實現注入鎖定，通過1X2功分器將部分信號注入主振蕩器中的等效窄帶濾波器。主振蕩器各模塊通過射頻線或者光纖連接構成一個閉合的光電環路，由等效窄帶濾波器實現穩定的單頻射頻信號輸出，該信號同時擁有很高的雜散抑制比和極低的相位噪聲。

技術領域

本發明屬于微波及光電子領域，具體涉及一種主從式光電振蕩器及其方法。

背景技術

光電振蕩器具有高Q值、低相位噪聲等優勢，可以廣泛應用于雷達、通信、制導、測試與測量等領域。在傳統的微波信號產生方法中，往往采用基于石英晶體振蕩器或者介質振蕩器的倍頻技術產生，但是倍頻技術同時會導致相位噪聲的急劇惡化。相比之下，光電振蕩器作為一種新型的光、電結合的振蕩器，能直接產生高頻的微波信號，其產生信號的原理與傳統的方法不同，因而能在產生高頻信號的同時保持極低的相位噪聲。

近幾十年來，隨著微波光子技術的發展，光電振蕩器的研究越來越受到重視，1994年，美國噴氣動力實驗室首次提出了光電振蕩器，其組成包括低噪聲的激光器、電光調制器、長光纖、光電探測器、射頻放大器和濾波器等，這些器件構成了閉合正反饋回路并實現振蕩。光電振蕩器通過光電轉換器件將連續光能量轉換為周期變換的微波信號。光電振蕩器解決了傳統射頻信號源中不可避免的眾多不足，具有高效率和高頻譜純度等優點。

在光電振蕩器系統中，光纖環路的儲能時間直接決定了振蕩器的Q值，根據里森相位噪聲模型，振蕩器的Q值越大，其輸出的相位噪聲越低。因此，可以通過增加光纖長度進一步降低光電振蕩器的相位噪聲。但實際上，由于延遲線振蕩器的特性，當環路閉合之后，系統會同時產生很多的起振模式，這些模式之間都滿足相位差為2π的整數倍，且振蕩模式間隔與光纖長度成反比，模式間會彼此競爭，使得最終的輸出頻率不確定。理論上，我們可以使用一個足夠窄的帶通濾波器進行選模，去除不需要的模式，但是由于光電振蕩器的模式間隔通常為幾十kHz量級，而起振頻率往往達到幾個GHz或者幾十GHz，以目前的技術還很難制作如此高Q值的窄帶通濾波器。因此，這也成為目前制約光電振蕩器進一步提高環路長度的因素。

在隨后的研究中，為了克服這一難題，又不斷產生新的光電振蕩器結構。2000年，Yao和Maleki提出雙諧振腔結構的光電振蕩器，它將調制器輸出的光信號分配到兩個光纖環路中，其中長環路光電振蕩器保證較低的相位噪聲，由短環路光電振蕩器來實現邊模抑制，由于考慮到對邊模有較高的抑制效果，短環路光電振蕩器需分配較多的功率或者使用極短的光纖。理論上，整個雙環光電振蕩器的相位噪聲是由長、短環路光電振蕩器同時決定，如果使用較短的環長或者短環光電振蕩器的分配功率較高都會惡化整個光電振蕩器的相位噪聲水平。相關原理在專利“一種基于三光纖環結構的光電振蕩器(申請號：201420402958.9)”中有具體說明。

進一步，有研究人員提出采用注入鎖定的方式實現單頻低相位噪聲輸出的光電振蕩器結構。注入式結構分為兩種，一種是采用長、短環注入結構，它的原理和效果與雙環結構光電振蕩器類似。另一種是基于外部源注入鎖定的光電振蕩器，如在專利“一種穩定的微波振蕩器(申請號：201310559289.6)”和專利“光電振蕩器(申請號：201520267124.6)”中所提的方案，由于外部源通常是單頻信號，因此能夠實現對光電振蕩器較好的選頻效果，但是，外部源注入鎖定的光電振蕩器的近載端相位噪聲由外部參考源決定，而外部源的近載端噪聲往往很難做到很低。因此，這種結構的光電振蕩器只能應用在對近載端相位噪聲要求不高的場景中。