CN104752940A - 一种光电振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光电振荡器，该振荡器包括：平衡探测器，用于将两路输入的光脉冲序列转换为微波信号，对得到的两路微波信号进行相减，输出相减后的微波信号。

Description

一种光电振荡器
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种光电振荡器。
背景技术
光电振荡器（Optoelectronic Oscillator，OEO）在光传感，雷达，无线通信等领域具有巨大的潜在应用价值，因而引起了人们极大的关注。传统的双环OEO结构如图1所示，由激光器发出的连续光信号输入电光调制器，调制后的光信号在两段长度不同的光纤链路传输，经过光电探测器后转化为微波信号，微波信号经过带通滤波器的滤波边模及噪声，功率放大器的放大与电移相器的调相，该微波电信号反馈回来驱动电光调制器，从而构成整个环路。OEO的震荡频率主要由带通滤波器的中心频率所决定。由于光纤链路比较长而且传输损耗低，因而该谐振腔可以获得较高的Q值，能够同时产生比较稳定的电时钟和光时钟。
传统的双环OEO通过利用电耦合器，将两个不同长度环路的微波信号进行相加。但是由于激光器的相对强度噪声，相位噪声，光电探测器及功率放大器的闪烁噪声，热噪声，光纤链路的温度变化，振动等环境因素引起的噪声等，每个环路的信号都会有一定的相位及幅度噪声。因而对两路信号进行相加不仅不能有效地抑制这些噪声，反而会使噪声通过叠加而加强，从而降低了所产生的电时钟及光时钟的稳定性，不能满足实际应用的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是传统的双环OEO利用电耦合器，对双环的微波信号进行相加，使噪声通过叠加而加强，降低了所产生的电时钟及光时钟的稳定性。
为此目的，本发明提出一种光电振荡器，该振荡器包括：
平衡探测器，用于将两路输入的光脉冲序列转换为微波信号，对得到的两路微波信号进行相减，输出相减后的微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：第一光纤，第二光纤，低噪放大器；
所述第一光纤、第二光纤与平衡探测器相连，用于向平衡探测器提供两路光脉冲序列；
所述平衡探测器与所述低噪放大器相连，用于向低噪放大器提供微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：光耦合器，光可调延时线，带通滤波器；
所述光耦合器与所述第一光纤、第二光纤相连，用于向第一光纤和第二光纤提供光脉冲序列；
所述光延时线与所示第一光纤相连，用于调整两路光脉冲序列的相对时延；
所述低噪放大器与带通滤波器相连，用于向带通滤波器提供放大后的微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：光滤波器，功率放大器；
所述光滤波器与所述光耦合器相连，用于向光耦合器提供滤除光放大器的自发辐射ASE噪声后的光脉冲序列；
所述带通滤波器与所述功率放大器相连，用于向功率放大器提供滤除边模及噪声后的微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：光纤放大器；
所述光纤放大器与所述光滤波器相连，用于向光滤波器提供放大后的光脉冲序列。
较佳的，该振荡器进一步包括：电光调制器；
所述电光调制器与所述光纤放大器相连，用于向光纤放大器提供经过调制后的光脉冲序列。
较佳的，该振荡器进一步包括：激光器；
所述激光器与所述电光调制器相连，用于向电光调制器提供连续光信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：电移相器；
所述功率放大器与所述电移相器相连，用于向电移相器提供放大功率后的微波信号；
所述电移相器与所述电光调制器相连，用于向光电调制器提供调相后的微波信号。
较佳的，所述电光调制器为电吸收调制器EAM；所述光放大器为掺铒光纤放大器EDFA；所述第一光纤为单模光纤，所述第二光纤为单模光纤，所述第一光纤与第二光纤长度不同。
相比于现有技术，本发明提供的方法的有益效果是：
通过采用平衡探测技术，对两个环路所产生的信号进行相减，从而可以消除OEO噪声中的共模分量，获得更为稳定的电信号。
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一简单地介绍，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示出了传统的双环OEO结构图；
图2示出了本发明实施例的基于平衡探测技术的双环OEO结构图；
图3示出了本发明实施例中基于平衡探测技术的双环OEO与传统双环OEO的相位噪声曲线的对比图；
图4示出了本发明实施例中基于平衡探测技术的双环OEO所产生电信号的电频谱图；
图5示出了本发明实施例中基于平衡探测技术的双环OEO所产生电信号的相位噪声曲线。
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。
一种光电振荡器，该振荡器包括：
平衡探测器，用于将两路输入的光脉冲序列转换为微波信号，对得到的两路微波信号进行相减，输出相减后的微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：第一光纤，第二光纤，低噪放大器；
所述第一光纤、第二光纤与平衡探测器相连，用于向平衡探测器提供两路光脉冲序列；
所述平衡探测器与所述低噪放大器相连，用于向低噪放大器提供微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：光耦合器，光可调延时线，带通滤波器；
所述光耦合器与所述第一光纤、第二光纤相连，用于向第一光纤和第二光纤提供光脉冲序列；
所述光延时线与所示第一光纤相连，用于调整两路光脉冲序列的相对时延；
所述低噪放大器与带通滤波器相连，用于向带通滤波器提供放大后的微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：光滤波器，功率放大器；
所述光滤波器与所述光耦合器相连，用于向光耦合器提供滤除光放大器的自发辐射ASE噪声后的光脉冲序列；
所述带通滤波器与所述功率放大器相连，用于向功率放大器提供滤除边模及噪声后的微波信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：光纤放大器；
所述光纤放大器与所述光滤波器相连，用于向光滤波器提供放大后的光脉冲序列。
较佳的，该振荡器进一步包括：电光调制器；
所述电光调制器与所述光纤放大器相连，用于向光纤放大器提供经过调制后的光脉冲序列。
较佳的，该振荡器进一步包括：激光器；
所述激光器与所述电光调制器相连，用于向电光调制器提供连续光信号。
较佳的，该振荡器进一步包括：电移相器；
所述功率放大器与所述电移相器相连，用于向电移相器提供放大功率后的微波信号；
所述电移相器与所述电光调制器相连，用于向光电调制器提供调相后的微波信号。
较佳的，所述电光调制器为电吸收调制器EAM；所述光放大器为掺铒光纤放大器EDFA；所述第一光纤为单模光纤，所述第二光纤为单模光纤，所述第一光纤与第二光纤长度不同。
本发明实施例公开一种基于平衡探测技术的双环光电振荡器，如图2所示，该振荡器包括：
激光器、电吸收调制器EAM、光滤波器、光延时器、单模光纤1、单模光纤2、平衡探测器、低噪放大器、带通滤波器、功率放大器、电移相器。
所述振荡器的工作流程如下：
从激光器发出的连续光（1555nm）首先经过电吸收调制器（EAM）进行强度调制，产生重复频率为40GHz，半高全宽为6.85ps的光脉冲序列；
从EAM出来的光脉冲序列即光时钟（optical clock）经过掺铒光纤放大器（EDFA）放大到10.33dBm，然后经过3nm光滤波器后滤除带外ASE噪声；
光脉冲序列再经分光器分成两路，在不同长度的G.652光纤（单模光纤1:10.335km；单模光纤2:24.454km）传输；
两路光脉冲序列进入平衡探测器，平衡探测器对两路光脉冲序列进行光电转换得到两路微波信号，平衡探测器将这两路微波信号相减，从而将两路信号合起来，输出一路微波信号，一光可调延时线加在单模光纤1之前以调整两路的相对时延；
然后微波信号经过一低噪放大器，带通滤波器（中心频率40GHz）及功率放大器（增益27dBm）后驱动EAM，从而形成一个光电锁相环；
一个电移相器加在功放之后以微调整个环的长度，通过微调光延时线及电移相器，就可以获得非常稳定的电时钟及光时钟。
时延抖动是反应微波信号稳定性的重要参数，可由相位噪声曲线积分得到。本实施例采用Agilent E4447A电频谱仪测得的时延抖动（timing-jitter）可以达到32.31fs（计算范围：100-10MHz）。
在本实施例中，通过改变单模光纤1与单模光纤2的长度，测量并计算出了不同的双环长度组合下，基于平衡探测技术的双环OEO所产生电信号的时延抖动，结果如表1所示：
表1不同环长组合下计算的时延抖动值
由以上结果可以看出，当两段光纤分别为10.335km和24.454km时，所产生微波信号的抖动值最低，可以达到32.31fs。为了与传统方案作对比，本实施例测量了采用电耦合器的双环OEO所产生电信号的相位噪声曲线，对比曲线如图3所示。需要注意的是，为了便于对比，图3中的两条曲线都是经过4%平滑处理之后的。可以看出，在较低偏移频率(低于2KHz)处，基于平衡探测技术的双环OEO优势更为明显，即所提出的方案可以有效地降低低频相位噪声。对于传统双环方案，采用相同方法计算的抖动值为54.50fs。所以，本实施例提出的基于平衡探测技术的双环OEO方案在不提高系统复杂度的前提下，将抖动值降低了22.19fs，这对于一些对稳定性要求较高的应用，具有重要的意义。
本发明实施例采用的双环长度分别为10.335km及24.454km时，所产生40GHz电信号的电频谱(Span:100KHz，RBW:910Hz)如图4所示；相位噪声曲线如图5所示，相位噪声曲线分别为未经过和经过4%平滑处理之后的。需要注意的是，所有测量结果中4kHz的边模都是由不理想的微波放大器引入的，而不是本发明实施例的问题。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种光电振荡器，其特征在于，包括：
平衡探测器，用于将两路输入的光脉冲序列转换为微波信号，对得到的两路微波信号进行相减，输出相减后的微波信号。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：第一光纤，第二光纤，低噪放大器；
所述第一光纤、第二光纤与平衡探测器相连，用于向平衡探测器提供两路光脉冲序列；
所述平衡探测器与所述低噪放大器相连，用于向低噪放大器提供微波信号。
3.根据权利要求2所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：光耦合器，光可调延时线，带通滤波器；
所述光耦合器与所述第一光纤、第二光纤相连，用于向第一光纤和第二光纤提供光脉冲序列；
所述光延时线与所示第一光纤相连，用于调整两路光脉冲序列的相对时延；
所述低噪放大器与带通滤波器相连，用于向带通滤波器提供放大后的微波信号。
4.根据权利要求3所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：光滤波器，功率放大器；
所述光滤波器与所述光耦合器相连，用于向光耦合器提供滤除光放大器的自发辐射ASE噪声后的光脉冲序列；
所述带通滤波器与所述功率放大器相连，用于向功率放大器提供滤除边模及噪声后的微波信号。
5.根据权利要求4所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：光纤放大器；
所述光纤放大器与所述光滤波器相连，用于向光滤波器提供放大后的光脉冲序列。
6.根据权利要求5所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：电光调制器；
所述电光调制器与所述光纤放大器相连，用于向光纤放大器提供经过调制后的光脉冲序列。
7.根据权利要求6所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：激光器；
所述激光器与所述电光调制器相连，用于向电光调制器提供连续光信号。
8.根据权利要求7所述的振荡器，其特征还在于，该振荡器进一步包括：电移相器；
所述功率放大器与所述电移相器相连，用于向电移相器提供放大功率后的微波信号；
所述电移相器与所述电光调制器相连，用于向光电调制器提供调相后的微波信号。
9.根据权利要求8所述的振荡器，其特征在于，所述电光调制器为电吸收调制器EAM；所述光放大器为掺铒光纤放大器EDFA；所述第一光纤为单模光纤，所述第二光纤为单模光纤，所述第一光纤与第二光纤长度不同。
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