CN109309334B - 基于频率调制的光电振荡器和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种基于频率调制的光电振荡器和控制方法，其中，该光电振荡器包括：频率调制单元，基于调制频率对接收到的激光束进行调制，获得第一调制光信号；光电调制单元，基于反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；光电转换单元，对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。本申请所述技术方案结构简单，能够将光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声较优化至15dB以上，同时，保持了光电振荡器的相位噪声特色，不随频率的提升而产生恶化。

Description

基于频率调制的光电振荡器和控制方法

技术领域

本申请涉及振荡器装置领域，特别涉及一种基于频率调制的光电振荡器和控制方法。

背景技术

由于光腔远优于传统微波腔的品质因数，光电振荡器的相位噪声非常优越，而且其最显著的优点就是输出信号的相位噪声不随频率的提高而产生恶化。尽管光电振荡器的相位噪声非常优越，但是其最大的缺点就是近载频相位噪声较差，尤其是频偏10Hz～1kHz内的相位噪声指标较差。目前国内外的光电振荡器的结构主要是三种，分别是单环结构、双环结构和多环结构，包括激光器、电光调制器、光耦合器、光纤环、光电探测器、射频滤波器、微波放大器和电耦合器等。这些不同结构的目的是改善光电振荡器的边模抑制，但起不到优化近载频相位噪声的作用，通常为了改善光电振荡器的近载频相位噪声，是采用锁定高稳晶振或原子频率标准的方式进行，但是采用这种传统的微波锁相模式，缺点是非常明显的：1、采用传统的微波锁相模式，电路构造复杂，失去了光电振荡器结构简单的特点；2、采用传统的微波锁相模式构成的光电振荡器，近载频相位噪声随着频率的提高而成比例的产生恶化，完全失去了光电振荡器原有的相位噪声不随频率提高而恶化的特色。

造成光电振荡器近载频相位噪声较差的原因主要是两个，一个是光纤环的Q值(品质因数)不够理想造成的，这可以通过增加光纤的长度来对Q值进行控制，另一个是光纤造成的双瑞丽散射和光纤接头的反射会在光电探测器的输入端造成和光路主信号的交调，交调的结果是光电探测后的射频信号的近载频相位噪声变差，这是影响光电振荡器近载频相位噪声的重要原因。本发明的目的就是解决交调造成的近载频相位噪声恶化。

发明内容

为解决上述问题之一，本申请提供了一种基于频率调制的光电振荡器和控制方法。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于频率调制的光电振荡器，该光电振荡器包括：

频率调制单元，基于调制频率对接收到的激光束进行调制，获得第一调制光信号；

光电调制单元，基于反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；

光电转换单元，对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；

输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

优选地，所述频率调制单元包括：频率调制器2；

所述频率调制器2的第一输入端用于接收激光束；其第二输入端用于接收调制频率；其输出端与光电调制单元连接。

优选地，所述频率调制单元还包括：用于产生调制频率的信号产生器10。

优选地，所述信号产生器10的调制频率范围为：10Hz～10MHz，幅度范围为：1mVp-p～1Vp-p。

优选地，所述光电调制单元采用电光调制器3；

所述电光调制器3的第一输入端用于接收第一调制光信号；其第二输入端与输出单元连接；其输出端与光电转换单元连接。

优选地，所述光电转换单元包括：依次沿第二调制光信号设置的光耦合器4、光纤环5和光电探测器6。

优选地，所述输出单元包括：

射频滤波器7，对所述光电信号进行边摸选择，输出滤波信号；

电耦合器9，将滤波信号进行分路，一路作为反馈信号，另一路作为振荡器装置的输出信号。

优选地，所述输出单元还包括：连接在所述射频滤波器7和电耦合器9之间的微波放大器8。

优选地，该光电振荡器还包括：用于产生激光束的激光器1。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于频率调制的光电振荡器控制方法，该方法的步骤包括：

基于调制频率对接收到的激光束进行调制，获得第一调制光信号；

基于反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；

对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；

对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

本申请所述技术方案结构简单，能够将光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声较优化至15dB以上，同时，保持了光电振荡器的相位噪声特色，不随频率的提升而产生恶化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出本方案所述光电振荡器的示意图；

图2示出本方案所述光电振荡器控制方法的示意图。

附图标号

1、激光器，2、频率调制器，3、电光调制器，4、光耦合器，5、光纤环，6、光电探测器，7、射频滤波器，8、微波放大器，9、电耦合器，10、信号产生器。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本方案的核心思路是利用光源的噪声边带会在射频信号的频域进行扩展，在射频主载波上的噪声边带会大幅下降的特点，在光电振荡器中引入对光束的频率调制，从而改善近载频相位噪声。

本方案公开了一种基于频率调制的光电振荡器。该光电振荡器能够合理改善目前光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声较差的问题；例如，1、采用传统的微波锁相模式，电路构造复杂，失去了光电振荡器结构简单的特点；2、采用传统的微波锁相模式构成的光电振荡器，近载频相位噪声随着频率的提高而成比例的产生恶化，完全失去了光电振荡器原有的相位噪声不随频率提高而恶化的特色。

基于上述存在的问题，本方案所述光电振荡器具有如下结构：该光电振荡器包括：频率调制单元、光电调制单元、光电转换单元和输出单元。频率调制单元根据接收到的调制频率对激光源产生的激光束进行调制，获得第一调制光信号；光电调制单元根据反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；再利用光电转换单元对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；最后，输出单元对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

本方案中，所述频率调制单元包括：频率调制器2；所述频率调制器2的第一输入端与激光器1相连接，用于接收激光束；所述频率调制器2的第二输入端用于接收调制频率；所述频率调制器2的输出端与光电调制器的第一输入端连接。此外，所述频率调制单元还可以包括：信号产生器10；将信号产生器10的输出端与频率调制器2的第二输入端连接；通过信号产生器10产生调制频率传输给频率调制器2。本方案优选地，所述信号产生器10的调制频率范围为：10Hz～10MHz，幅度范围为：1mVp-p～1Vp-p。

本方案中，所述光电调制单元采用电光调制器3；所述电光调制器3的第一输入端与频率调制器2的输出短连接；所述电光调制器3的第二输入端与输出单元中的电耦合器9连接；所述电光调制器3的输出端与光电转换单元中的光耦合器4连接。

本方案中，所述光电转换单元包括：依次沿第二调制光信号设置的光耦合器4、光纤环5和光电探测器6。经电光调制器3进行强度调制后输出的光信号进入光耦合器4，光耦合器4将光信号输入到光纤环5进行储能后，输入到光电探测器6进行光电转换器进行转换，获得光电信号。

本方案中，所述输出单元包括：射频滤波器7、微波放大器8和电耦合器9；光电信号通过射频滤波器7进行边模选择，通过滤波后的电信号经过微波放大器8进行增益放大，放大后的电信号通过电耦合器9进行分路，一路反馈到电光调制器3进行调制，另一路作为最终的光电振荡器的电信号输出。

如图2所示，本方案还公开了一种基于频率调制的光电振荡器控制方法。该方法首先基于调制频率对接收到的激光束进行调制，获得第一调制光信号；基于反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

下面通过实例对本方案做进一步说明。

如图1所示，本实例公开了一种基于频率调制的光电振荡器，该光电振荡器包括：激光器1、频率调制器2、电光调制器3、光耦合器4、光纤环5、光电探测器6、射频滤波器7、微波放大器8、电耦合器9和信号产生器10。

激光器1的输出端与频率调制器2的输入端单模光纤连接，频率调制器2的输出端与电光调制器3单模光纤连接，频率调制器2的调制端与信号产生器10的输出端射频电缆连接，电光调制器3的输出端与光耦合器4的输入端单模光纤连接，光耦合器4的环路端与光纤环5的输入端单模光纤连接，光纤环5的输出端与光电探测器6的输入端单模光纤连接，光电探测器6的输出端与射频滤波器7的输入端射频电缆连接，射频滤波器7的输出端与微波放大器8的输入端射频电缆连接，微波放大器8的输出端与电耦合器9的输人端射频电缆连接，电耦合器9的调制端与电光调制器3的调制端射频电缆连接。

工作时，激光器1产生光源，光源经过频率调制器2进行频率调制，调制频率由信号产生器10产生，信号产生器10的调制频率范围是10Hz～10MHz，幅度范围1mVp-p～1Vp-p，光源经过频率调制后，光源的噪声边带会在射频信号的频域进行扩展，在射频主载波上的噪声边带会大幅下降。这就是通过频率调制优化近载频相位噪声的原理。经过频率调制后的光源通过电光调制器3与电耦合器9反馈回的微波信号进行强度调制，电光调制器3的输出是经过强度调制的光信号，这路光信号通过光耦合器4输入到光纤环5，光纤环5输出的光信号输入到光电探测器6进行光电转换，经过光电转换后的电信号通过射频滤波器7进行边模选择，通过滤波后的电信号经过微波放大器8进行增益放大，放大后的电信号通过电耦合器9进行分路，一路反馈到电光调制器3进行调制，另一路作为最终的光电振荡器的电信号输出。

本申请所述技术方案结构简单，能够将光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声较优化至15dB以上，同时，保持了光电振荡器的相位噪声特色，不随频率的提升而产生恶化。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.基于频率调制的光电振荡器，其特征在于，该光电振荡器包括：

频率调制单元，基于调制频率对接收到的激光束进行调制，获得第一调制光信号；

光电调制单元，基于反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；

光电转换单元，对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；

输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号；

其中，所述频率调制单元包括：频率调制器(2)和用于产生调制频率的信号产生器(10)；所述频率调制器(2)的第一输入端用于接收激光束；其第二输入端用于接收调制频率；其输出端与光电调制单元连接；

所述输出单元包括：

射频滤波器(7)，对所述光电信号进行边摸选择，输出滤波信号；

电耦合器(9)，将滤波信号进行分路，一路作为反馈信号，另一路作为振荡器装置的输出信号。

2.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述信号产生器(10)的调制频率范围为：10Hz～10MHz，幅度范围为：1mVp-p～1Vp-p。

3.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述光电调制单元采用电光调制器(3)；

所述电光调制器(3)的第一输入端用于接收第一调制光信号；其第二输入端与输出单元连接；其输出端与光电转换单元连接。

4.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述光电转换单元包括：依次沿第二调制光信号设置的光耦合器(4)、光纤环(5)和光电探测器(6)。

5.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述输出单元还包括：连接在所述射频滤波器(7)和电耦合器(9)之间的微波放大器(8)。

6.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，该光电振荡器还包括：用于产生激光束的激光器(1)。

7.基于频率调制的光电振荡器控制方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

基于调制频率对接收到的激光束进行调制，获得第一调制光信号；

基于反馈信号对第一调制信号进行调制，获得第二调制光信号；

对第二调制光信号进行光电转换，输出光电信号；

对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

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