CN103794979A - 一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路，包括移相器微波放大器，混频器，低通滤波器，伺服模块，其特征在于所述稳定性控制电路将注入信号分为两部分，一部分用于注入长光纤环OEO，另一部分作为参考信号通过90度移相后与OEO输出信号实现混频鉴相，然后将鉴相后的电压信号反馈到OEO环内的压控移相器的电压控制端，通过移相器的相移来控制振荡信号的相位，直到与参考信号同步，最终得到稳定的输出信号。本发明能够在较复杂的外界因素干扰下保持OEO的长期稳定性，与传统OEO稳定性控制电路相比，本发明信号处理部分均在电域进行，克服了光域控制系统的复杂性且具有较高的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对注入锁定光电振荡器（Opto-Electronic Oscillator, OEO）的稳定性控制电路，属于光通信和微波 / 毫米波技术中微波光子领域，特别是一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路。
背景技术
近20多年来，在微波光子技术长足发展条件下，光电振荡器(OEO)引起了广泛的关注，相当数量的国内外研究机构和科研人员在从事 OEO 或者与之相关的研究，OEO 以其鲜明的特点得到令人瞩目的发展。
国际上最早的 OEO 结构由 Neyer 和 Voges 在 1982 年提出，利用输出端光信号反馈控制电光调制器的这种环形结构来实现振荡器。X.Yao在1994年提出的结构创建了OEO发展的主流系统框架，它由低噪声光源，电光调制器，光纤，光电探测器，射频放大器，射频微波滤波器构成光电混合结构的振荡环路实现自注入锁定，并且X.Yao在1996年对该结构做了详细系统分析，结合实验结果建立了完整的理论分析，阐释了 OEO 环路各个独立部分的功能。后来研究人员采用对温度敏感性差的光子晶体光纤 (PCF) 代替普通 SMF 构成系统链路 ；双环长光纤选模型OEO能够有效地抑制单环选模OEO的边模噪声，长光纤能够提供储能介质，提高信号的 Q 值，目前报道的多环路结构有这样几种 ：光电混合环路的双环路结构、光电独立的双环路结构、光域分、合路的双环路结构。
而超稳定振荡器是电子通信系统的核心。高质量的微波振荡器在光通信、卫星通信、微波通信以及高精度测量等方向起着重要的作用。传统的微波源一般通过晶振的多次倍频而得，但随着倍频次数的增加，相噪（短期稳定性）会越来越大，也就是说，相噪会随着载波频率的增加而增加。OEO的发明解决了该问题，基于光纤延时的OEO的相噪不随振荡频率的升高而增加，是超稳定微波、毫米波振荡源的优质备选。其基本原理在于：激光器发出的连续光经电光调制器被振荡信号强度调制后通过光纤传输至光电探测器前端，光电探测器把已调光信号转换为电信号，然后经过选频、放大，最终反馈至调制器电输入端，然后再进行下一次循环，满足巴克豪森振荡条件（开环增益大于1，相差为2π的整数倍）的频点最终形成稳定的振荡信号。
在其它器件性能指标不变的情况下，OEO的相噪与光纤延时量的平方成反比。光纤越长，相噪越低，但自由谱范围会越来越小（1km SMF光纤对应的自由谱范围约为200kHz），在微波频段无法找到如此高Q值的窄带滤波器对振荡信号的杂散进行有效抑制。采用注入锁定方式是抑制杂散的有效方式：采用一个稳定的微波信号注入长光纤环OEO，控制注入信号频率，让其与长光纤环OEO单独振荡时的某个模式对应频率一致，能够让长光纤环OEO的该个模式信号在“模式竞争”中取得优势，进而抑制其它模式，最终实现单模输出。
由于玻璃通信光纤的温度敏感度较高，随着稳定的变化光纤的延时量也会随之变化，使得振荡信号的频率会发生漂移，不仅如此，其它外部干扰均会破坏其长期稳定性。现阶段国内外普遍采用恒温控制与减震的方式来控制OEO的长期稳定性，该种方式结构繁杂且耗能较大；还有部分研究者采用在光域对光纤延时波动进行补偿的方式，该种方案至今未走出实验室。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路，以克服外界环境对注入锁定OEO的干扰，保持OEO的长期稳定性。
本发明的技术方案是：一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路，包括：移相器，微波放大器，混频器，低通滤波器，伺服模块，所述稳定性控制电路将注入信号分为两部分，一部分用于注入长光纤环OEO，另一部分作为参考信号通过90度移相后与OEO输出信号实现混频鉴相，然后将鉴相后的电压信号反馈到OEO环内的压控移相器的电压控制端，通过移相器的相移来控制振荡信号的相位，直到与参考信号同步，最终得到稳定的输出信号；
移相器用于将参考微波信号进行90度移相，实现混频鉴相的目的；
微波放大器用于放大参考信号与反馈信号，使混频器达到饱和，抑制混频器的幅度噪声；
混频器实现90度移相后的微波参考源与反馈信号鉴相；
低通滤波器对鉴相后的基带信号实现低通滤波，抑制混频后的高频分量；
伺服模块可以包括两部分，信号放大部分和反馈信号稳定部分，信号放大部分用于对微弱的电压信号实现放大，反馈信号稳定部分用于对稳定反馈的电压在OEO环内压控移相器的0-360度移相范围内。
本发明进一步的技术方案是：所述稳定性控制电路可以作为一个整体，两次或两次以上用于多次注入锁定光电振荡器。
本发明采用微波信号处理技术、基于微波锁相原理，提出了一种针对注入锁定OEO的稳定性控制电路，能够在较复杂的外界因素干扰下保持OEO的长期稳定性，与传统OEO稳定性控制电路相比，本发明信号处理部分均在电域进行，克服了光域控制系统的复杂性且具有较高的控制精度。
附图说明
图1是本发明稳定性控制电路对一次注入锁定OEO稳定性控制原理图；
图2是本发明稳定性控制电路对二次注入锁定OEO稳定性控制原理图。
具体实施方式
以下结合图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
实施例一：
如图1所示，一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路，包括移相器、微波放大器、混频器、低通滤波器与伺服模块；其中，移相器用于将参考微波信号进行90度移相，实现混频鉴相的目的；微波放大器用于放大参考信号与反馈信号，使混频器达到饱和，抑制混频器的幅度噪声；采用混频器实现90度移相后的微波参考源与反馈信号鉴相；采用低通滤波器对鉴相后的基带信号实现低通滤波，抑制混频后的高频分量；伺服模块包括信号放大部分和反馈信号稳定部分, 信号放大部分对微弱的电压信号实现放大，反馈信号稳定部分对反馈的电压进行管理，保障其值波动大小刚好覆盖OEO环内压控移相器0-360度的移相范围。
注入源信号分为两部分，一部分通过端口1连接控制电路的移相器，实现90度移相；另一部分注入长光纤环OEO中，对其中一个振荡模式进行注入锁定，抑制其它模式的增长，实现低相噪单模输出，输出信号耦合出部分反馈信号，通过端口2与稳定性控制电路的混频器相连；两路正交信号在混频器实现鉴相，通过低通滤波器后，反馈电压信号在伺服模块中得到放大，调整后通过端口3与长光纤环内的压控移相器相连，通过改变移相器的电压来控制输出信号的相位，最终使得输出信号的相位锁定在参考信号上，实现稳定输出。
从结构上看，本发明所涉及的稳定性控制电路可视为一个三端口器件，端口1连接参考信号，端口2连接反馈信号，端口3作为输出端口连接长光纤环OEO内置压控移相器。
实施例二：
如图2所示，一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路，采用两片稳定性控制电路对二次注入锁定OEO的稳定性实现控制；长环OEO输出信号的相噪与注入信号的相噪有关，注入信号相噪越低越有利于长环OEO的更低相噪输出，采用多次注入旨在进一步降低注入信号的相噪，图2所示即为二次注入锁定OEO结构，采用稳定注入源注入锁定长光纤环OEO1，结合一片稳定性控制电路，实现稳定、单模、低相噪的二次注入源，然后注入锁定长光纤环OEO2，结合第二片稳定性控制电路最终实现稳定、单模、相噪更低的输出信号。
利用本发明控制电路不仅可以对一次注入锁定OEO的稳定性进行控制，而且能够对二次、甚至更多次注入锁定OEO实现稳定性控制。
Claims (3)
1.一种针对注入锁定光电振荡器的稳定性控制电路，其特征是包括：
用于将参考微波信号进行90度移相，实现混频鉴相的目的的移相器；
用于放大参考信号与反馈信号，使混频器达到饱和，抑制混频器的幅度噪声的微波放大器；
实现90度移相后的微波参考源与反馈信号鉴相的混频器；
对鉴相后的基带信号实现低通滤波，抑制混频后的高频分量的低通滤波器；
伺服模块，该模块主要功能包括两部分，一部分对微弱的电压信号实现放大，另一部分对反馈的电压进行管理，保障其值波动大小刚好覆盖OEO环内压控移相器0-360度范围。
2.根据权利要求1所述的稳定性控制电路，其特征是将注入源分为两部分，一部分实现对长光纤环OEO的注入锁定，另一部分作为稳定的参考源与OEO输出信号进行鉴相。
3.根据权利要求1或2所述的稳定性控制电路，其特征是伺服模块包括两部分功能，一部分对微弱的电压信号实现放大，另一部分对反馈的电压进行管理，保障其值波动大小刚好覆盖OEO环内压控移相器0-360度范围。
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