CN103855595A

CN103855595A - 一种可调谐光电振荡器

Info

Publication number: CN103855595A
Application number: CN201410036745.3A
Authority: CN
Inventors: 伍剑; 臧继召; 李岩; 杨智生
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN103855595B

Abstract

本发明提供了一种可调谐光电振荡器，包括：激光器（1）、偏振调制器（4）、掺铒光纤放大器（5）、第一偏振控制器（7）、第一起偏器（8）、隔离器（9）、光纤链路（10）、环形器（11）的2口依次相连，环形器（11）的3口、第一光电探测器（12）、宽带微波放大器（13）、功分器（2）、偏振调制器（4）依次相连；激光器（1）、双平行调制器（15）、第三偏振控制器（14）、环形器（11）的1口依次相连，双平行调制器（15）与微波源（3）相连；所述掺铒光纤放大器（5）的输出端与倍频光信号输出支路（6）相连。本发明提供的可调谐光电振荡器所产生的微波信号既能达到较高的调节精度又能获得较大的调节范围。

Description

一种可调谐光电振荡器

技术领域

本发明涉及光电振荡器技术领域，尤其涉及一种可调谐光电振荡器。

背景技术

光电振荡器在光传感、雷达、无线通信等领域具有巨大的潜在应用价值。现有技术中，布里渊光电振荡器结构如图1所示，从激光器1发出的连续光经过一个电光调制器，作为信号光进入一段光纤链路，激光器2经过一个环形器，反向注入光纤链路，作为布里渊泵浦光。激光器1与激光器2波长可以不同，只要相位锁定即可。开始时，由于环路中存在噪声，经过电光调制器后，信号光左右会出现许多由于噪声而产生的边带，但是经过光纤链路时，由于布里渊效应窄带放大作用，只有频率比泵浦光低布里渊频移的边带会得到放大。在光电探测器中，该边带与载波进行拍频，所产生的电信号驱动电光调制器，经过调制之后该边带会更加明显，然后信号光再次进入光纤，该边带会进一步被放大，如此循环往复，直到布里渊增益趋于饱和而达到稳定状态。若激光器1、激光器2的频率分别为f₁，f₂，布里渊频移为f_b，则环路振荡频率f_l可以表示为f_l＝f_b+(f₁-f₂)，该光电振荡器通过调节信号光与泵浦光的频率差，可以获得很高的调谐性能。另外，由于布里渊频移f_b与泵浦光波长有关：f_b＝2nV_A/λ₂，其中n,V_A,λ₂分别为光纤的有效折射率，光纤中声子的速度，泵浦光波长。因此可以通过改变泵浦光波长来改变布里渊频移，进而改变光电振荡器的振荡频率。

通过上述描述可见，如果通过改变泵浦光与信号光的频率差来改变振荡频率，对于当前实际应用的可调谐激光器而言，调节步长最低为1pm，相当于频率125MHz，虽然可以获得很高的调节范围，但是调节精度太低。如果信号光与泵浦光为同一光源，可以通过改变布里渊频移来改变环路振荡频率，虽然可以达到很高的调节精度，但是可调谐范围太窄，对于C波段的可调谐光源，振荡频率的调节范围只有360MHz，因此，现有技术中的光电振荡器，难以同时实现较高的调节精度和较大的调谐范围。

发明内容

本发明提供了一种可调谐光电振荡器，既能达到较高的调节精度又能获得较大的调节范围。

本发明提供了一种可调谐光电振荡器，所述光电振荡器包括：

激光器（1）与偏振调制器（4）和双平行调制器（15）相连，所述偏振调制器（4）与掺铒光纤放大器（5）的输入端相连，所述掺铒光纤放大器（5）的输出端分别与第一偏振控制器（7）和倍频光信号输出支路（6）相连，所述第一偏振控制器（7）与第一起偏器（8）相连，所述第一起偏器（8）与隔离器（9）一端相连，所述隔离器（9）的另一端与光纤链路（10）相连，所述光纤链路（10）与环形器（11）的2口相连，所述环形器（11）的3口与第一光电探测器（12）的一端相连，所述第一光电探测器（12）的另一端与宽带微波放大器（13）的输入端相连，所述宽带微波放大器（13）的输出端与功分器（2）相连，功分器（2）的另一端与所述偏振调制器（4）相连；

所述双平行调制器（15）与第三偏振控制器（14）相连，所述第三偏振控制器（14）与所述环形器（11）的1口相连，所述双平行调制器（15）与微波源（3）相连；

所述微波源（3）用于为双平行调制器（15）提供电驱动信号；所述双平行调制器（15）用于在所述微波源（3）提供的电驱动信号的驱动下对激光器（1）发来的光信号进行载波抑制单边带调制；

所述隔离器（9）的信号流向为从所述第一起偏器（8）到所述光纤链路（10）的方向。

进一步地，所述倍频光信号输出支路，包括：

第二偏振控制器、第二起偏器、第二光电探测器；

所述第二偏振控制器的一端与所述掺铒光纤放大器的输出端相连，另一端与所述第二起偏器相连，所述第二起偏器与所述第二光电探测器相连。

进一步地，所述光纤链路为单模光纤。

进一步地，所述单模光纤的长度为5-11km。

进一步地，所述单模光纤的布里渊频移为10.9GHz。

进一步地，从所述双平行调制器输出的光信号为布里渊泵浦光。

通过调节微波源频率来精细调节布里渊泵浦光的频率，本发明提供的可调谐光电振荡器所产生的微波信号既能达到较高的调节精度，又能获得了较大的调节范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中提供的一种可调谐光电振荡器；

图2是本发明实施例提供的一种可调谐光电振荡器；

图3是本发明实施例提供的另一种可调谐光电振荡器；

图4是本发明实施例提供的可调谐光电振荡器中信号光频谱示意图；

其中，1-激光器，2-功分器，3-微波源，4-偏振调制器，5-掺铒光纤放大器，6-倍频光信号输出支路，7-第一偏振控制器，8-第一起偏器，9-隔离器，10-光纤链路，11-环形器，12-第一光电探测器，13-宽带微波放大器，14-第三偏振控制器，15-双平行调制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种可调谐光电振荡器，参见图2，所述光电振荡器包括：

激光器1与偏振调制器4和双平行调制器15相连，所述偏振调制器4与掺铒光纤放大器5的输入端相连，所述掺铒光纤放大器5的输出端分别与第一偏振控制器7和倍频光信号输出支路6相连，所述第一偏振控制器7与第一起偏器8相连，所述第一起偏器8与隔离器9一端相连，所述隔离器9的另一端与光纤链路10相连，所述光纤链路10与环形器11的2口相连，所述环形器11的3口与第一光电探测器12的一端相连，所述第一光电探测器12的另一端与宽带微波放大器13的输入端相连，所述宽带微波放大器13的输出端的输出端与功分器2相连，功分器2的另一端与所述偏振调制器4相连；

所述双平行调制器15与第三偏振控制器14相连，所述第三偏振控制器14与所述环形器11的1口相连，所述双平行调制器15与微波源3相连；

所述微波源3用于为双平行调制器15提供电驱动信号；所述双平行调制器15用于在所述微波源3提供的电驱动信号的驱动下对激光器1发来的光信号进行载波抑制单边带调制；

所述隔离器9的信号流向为从所述第一起偏器8到所述光纤链路10的方向。

本发明实施例提供的一种可调谐光电振荡器，通过调节微波源频率来精细调节布里渊泵浦光的频率，本发明实施例提供的可调谐光电振荡器所产生的微波信号既能达到较高的调节精度，又能获得了较大的调节范围。

参见图3，本发明实施例提供的另一种可调谐光电振荡器，所述倍频光信号输出支路6，包括：

第二偏振控制器61、第二起偏器62、第二光电探测器63；

所述第二偏振控制器61的一端与所述掺铒光纤放大器5的输出端相连，另一端与所述第二起偏器62相连，所述第二起偏器62与所述第二光电探测器63相连。

所述光纤链路可选为单模光纤。所述单模光纤的长度为5-11km，其中，所述单模光纤的长度可以选为10.335km。所述单模光纤的布里渊频移为10.9GHz。

从所述双平行调制器15输出的光信号为布里渊泵浦光。

其中，从所述激光器1发出的直流光分成两路，一路通过所述微波源3驱动的双平行调制器15进行载波抑制单边带调制，该双平行调制器15输出的光信号作为布里渊泵浦光，另外一路经过偏振调制器4，经过掺铒光纤放大器5放大后分成两路，一路进入倍频光信号输出支路6输出调制在倍频频率的光信号，经过第二光电探测器后转换为倍频频率的电信号。另一路依次经过第一偏振控制器7、第一起偏器8、隔离器9、光纤链路10，进入环形器11。从双平行调制器15输出的光信号经过第三偏振控制器14，通过环形器11反向注入光纤链路作为布里渊泵浦光。正向的信号光经过布里渊效应放大之后，进入第一光电探测器12，经过宽带微波放大器13后进入功分器2，从功分器2中输出基频频率的微波信号，功分器2的另一端与偏振调制器4相连，从而形成一个光电振荡环路。

通过调节第一起偏器可以使第一起偏器输出调制在基频频率的光信号，通过调节第二起偏器可以使第二起偏器输出调制在倍频频率的光信号。

参见图4，A-C分别为不同处的光频谱示意图。

图A为布里渊泵浦光的光频谱示意图，该布里渊泵浦光为由双平行调制器输出的光信号，经过载波抑制单边带调制，光载波与正一阶边带均被抑制，只有负一阶边带得以保留，因此，载波抑制单边带调制相当于对光源发出的光进行频率移动，其频移量取决于驱动双平行调制器的微波源频率f_RF。该布里渊泵浦光由环形器的1口进入，由环形器的2口输出，反向注入光纤链路，其中，f_RF为微波源频率。

图B-1中的信号为进入光纤链路前，未经过放大的正向信号光，由于偏振调制器的调制作用，会在载波两侧出现幅度相同的正负一阶边带，其与载波的频率差均为f_RF+f_b，其中，f_RF为微波源频率，f_b为布里渊频率。

图B-2中的信号为进入光纤链路后，经过布里渊效应放大的正向信号光。由于布里渊效应的窄带放大作用，只有位于比图A中的布里渊泵浦光低f_b处的边带会得到放大，因而该边带与载波的间隔为f_RF+f_b，经过第一光电探测器会产生频率为f_RF+f_b的微波信号，其中，f_RF为微波源频率，f_b为布里渊频率。

图C为第二起偏器输出的光信号频谱示意图，由于环路振荡频率为f_RF+f_b，因而调制在倍频频率的光信号经过光电转换之后产生电信号的频率为2(f_RF+f_b)，其中，f_RF为微波源频率，f_b为布里渊频率。

因此，该装置可以同时产生频率为f_RF+f_b的微波信号和频率为2(f_RF+f_b)的倍频频率微波信号。对于光纤而言，布里渊频率f_b一般变化不大，在11GHz左右浮动。因而改变微波源的频率f_RF就可以调节所产生微波信号的频率。而且，对于单模光纤，其布里渊频移为10.9GHz，因而相当于在微波源信号的频率的基础上再加上10.9GHz，然后再倍频，因而该方案可以利用较低频率的微波信号产生高频微波信号。例如，对于1GHz的驱动信号，可以产生23.8GHz的可调谐微波信号，其中，f_RF为微波源频率，f_b为布里渊频率。

利用本发明提供的一种可调谐光电振荡器，使用一个低于10GHz的微波源，能够产生调节范围分别为10.9-20.9GHz和21.8-41.8GHz的微波信号。在调节精度方面，由于微波源的调节步长可以很小，虽然由于较宽的布里渊增益谱（30MHZ左右），所产生微波信号的调节精度不可能达到理想的0.002Hz，但是与现有技术的光域调节方案相比，仍具有长足的进步。在调节范围方面，该光电振荡器所产生微波信号的调节范围完全取决于微波源输出的驱动信号的调节范围，考虑到基频微波信号，该光电振荡器可以将调节范围扩展到驱动信号的3倍左右。而且，由于相对固定的布里渊频移，该光电振荡器可以利用低频微波信号产生高频微波信号的功能，尤其是微波源频率较低时，这方面的优势会更加明显。

需要说明的是：本发明实施例利用低频微波信号驱动双平行调制器产生载波抑制单边带信号作为布里渊泵浦光，即满足信号光与泵浦光的相位锁定关系，又可以通过改变驱动信号的频率来调节所产生微波信号的频率。

本发明实施例提供的光电振荡器利用偏振调制器与两对偏振控制器和起偏器级联的结构同时产生了调制在基频与倍频频率的光信号。

通过上述描述可见，本发明具有如下有益效果：

1、本发明实施例提供的一种可调谐光电振荡器，通过调节微波源频率来精细调节布里渊泵浦光的频率，本发明实施例提供的可调谐光电振荡器所产生的微波信号既能达到较高的调节精度，又能获得了较大的调节范围。

2、本发明实施例提供的一种可调谐光电振荡器，在调节精度方面，利用微波源来调节布里渊泵浦光，由于微波源的调节步长可以很小，所以可以达到较高的调节精度；在调节范围方面，本发明实施例提供的光电振荡器所产生微波信号的调节范围取决于微波源输出的驱动信号的调节范围，考虑到基频微波信号，该光电振荡器可以将调节范围扩展到驱动信号的3倍左右，而且，由于相对固定的布里渊频移，该光电振荡器可以利用低频微波信号产生高频微波信号的功能，具有较大的调节范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种可调谐光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡器包括：

2.根据权利要求1所述的可调谐光电振荡器，其特征在于，所述倍频光信号输出支路，包括：

第二偏振控制器、第二起偏器、第二光电探测器；

3.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述光纤链路为单模光纤。

4.根据权利要求3所述的光电振荡器，其特征在于，所述单模光纤的长度为5-11km。

5.根据权利要求3所述的光电振荡器，其特征在于，所述单模光纤的布里渊频移为10.9GHz。

6.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，从所述双平行调制器输出的光信号为布里渊泵浦光。