CN105261914A - 一种超窄带低噪声光电振荡器 - Google Patents
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Abstract
针对常规光电振荡器由于微波光电振荡器的工作频率较高，相对带宽受工程实现的限制，相对带宽一般难以小于千分之一的技术难题，本发明提供一种超窄带低噪声光电振荡器，包括光源、调制器、光分器、长时延光路、短时延光路、第一光接收器、第二光接收器、电合路器、放大耦合器、辅助变频滤波器组件。有益的技术效果：本发明克服了常规光电振荡器因回路带宽较宽对回路延时长度的限制，制约了振荡器的相位噪声的性能，为改善光电振荡器的相位噪声提供了一个全新的方法。
Description
技术领域
本发明涉及光电振荡器技术，具体涉及一种超窄带低噪声光电振荡器。
背景技术
光电振荡器是一种不同于传统振荡器（如图1所示）的发明振荡器，有学者称之为“终极振荡器”，高频率、低相位噪声特性具有极大技术优势光电振荡器优点：超低相噪性能，且与振荡频率无关；振荡频率高（频率范围可覆盖1GHz-100GHz）；调谐范围宽、速度快，振动敏感性低(10-12/g)。微波光电振荡器可能是频率源领域一次重要技术革命，将为未来高性能雷达、电子战系统提供一种全新的技术路径。
光电振荡器的相位噪声与光纤延时的二次方成近似反比关系，因此增加振荡回路的延时时间是降低微波光电振荡器相位噪声的有效手段，由于相位存在360°周期性，因此单回路微波光电振荡存在频率模糊性，其频率周期为
式中，为光反馈回路时延。为获得高频谱纯度，实现对其他周期频率的抑制，为获得高频谱纯度，实现对其他周期频率的抑制，目前常规的微波光电振荡器采用双回路法对它频进行抑制，这种方案依然存在周期性，振荡回路滤波器就是实现对它频抑制的技术手段，原理上微波光电振荡器相位噪声越低，则等效延时时间越长，频率模糊间隔越小，则振荡回路滤波器越窄。由于微波光电振荡器工作频率较高，由于微波光电振荡器的工作频率较高，相对带宽受工程实现的限制，相对带宽一般难以小于千分之一。换言之，现有光电振荡器回路带宽对回路延时长度的限制，制约了振荡器的相位噪声的性能。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种超窄带低噪声光电振荡器，其具体结构如下：
一种超窄带低噪声光电振荡器，包括光源1、调制器2、光分器3、长时延光路4、短时延光路5、第一光接收器6、第二光接收器7、电合路器8、放大耦合器10、辅助变频滤波器组件11。其中，
光源1的输出端经调制器2与光分器3的输入端相连。光分器3将接收到光信号分成两路，一路光信号经长时延光路4传递至第一光接收器6，另一路光信号经短时延光路5传递至第二光接收器7。第一光接收器6的输出端、第二光接收器7的输出端分别与电合路器8的输入端相连接。电合路器8的输出端经辅助变频滤波器组件11与放大耦合器10的输入端相连接。放大耦合器10的一路输出端与调制器2相连接，放大耦合器10的另一路输出端为本超窄带低噪声光电振荡器的输出端。
进一步说，辅助变频滤波器组件11包括下变频器12、窄带滤波器13、上变频器14、变频滤波器15、延时器16、辅助振荡源17。其中，下变频器12的输出端经窄带滤波器13与上变频器14的一个输入端相连。
辅助振荡源17分别与下变频器12、延时器16连接，并提供时钟信号。
延时器16的输出端与上变频器14的另一个输入端相连接。
上变频器14的输出端与变频滤波器15的输入端相连接。
下变频器12的输入端为本辅助变频滤波器组件11的输入端，变频滤波器15的输出端为本辅助变频滤波器组件11的输出端。
有益的技术效果
针对常规光电振荡器（图1所示）由光源、调制器、光分器、长时延光路、短时延光路、光接收器、光接收器、电合路器、滤波器、放大耦合器等组成，由于微波光电振荡器的工作频率较高，相对带宽受工程实现的限制，相对带宽一般难以小于千分之一的技术难题，本发明由辅助变频滤波器组件代替原振荡器中滤波器，降低工作频率，以减低回路等效带宽。所述的辅助变频滤波器组件由下变频、窄带滤波器、上变频器、宽带滤波器、延时器、辅助振荡源组成。
该超窄带宽光电振荡器通过辅助变频降低振荡回路滤波器的工作频率，使系统可以实现更窄的回路滤波器，从而使微波光电振荡器可以采用更长的延时回路，最终实现振荡器超低相位噪声。由于辅助变频滤波器组件引入了辅助振荡源，会引入附加的相位噪声，因此采用了先下变频，再上变频方法对引入附加的相位噪声进行噪声相消。
本发明克服了常规光电振荡器回路带宽对回路延时长度的限制，制约了振荡器的相位噪声的性能，为改善光电振荡器的相位噪声提供了一个全新的方法。
附图说明
图1是常规光电振荡器原理图。
图2是本发明的结构原理图。
图3是图2中辅助变频滤波器组件11的结构原理图。
具体实施方式
现结合附图详细说明本发明的结构特点。
参见图2，一种超窄带低噪声光电振荡器，包括光源1、调制器2、光分器3、长时延光路4、短时延光路5、第一光接收器6、第二光接收器7、电合路器8、放大耦合器10、辅助变频滤波器组件11。其中，
光源1的输出端经调制器2与光分器3的输入端相连。光分器3将接收到光信号分成两路，一路光信号经长时延光路4传递至第一光接收器6，另一路光信号经短时延光路5传递至第二光接收器7。第一光接收器6的输出端、第二光接收器7的输出端分别与电合路器8的输入端相连接。电合路器8的输出端经辅助变频滤波器组件11与放大耦合器10的输入端相连接。放大耦合器10的一路输出端与调制器2相连接，放大耦合器10的另一路输出端为本超窄带低噪声光电振荡器的输出端。
进一步说，光源1采用光谱纯度好的DFB激光器，其线宽小于1MHz,相对强度噪声小于-150dBc/Hz，输出光功率大于100mW，中心波长1550nm。调制器2的工作波长1550nm，射频带宽大于18GHz，Vpi小于3.5V。光分器3的功率分配比为1：1。长时延光路4采用单模光纤，长度在500至8000m之间。短时延光路5采用单模光纤，长度在50至1000m之间。第一光接收器6的响应度0.8A/W,3dB带宽大于22GHz。第二光接收器7的响应度0.8A/W,3dB带宽大于22GHz。电合路器8的隔离度大于16dB，相位不平衡度小于5度，插损小于1dB。放大耦合器10的放大器增益大于40dB，噪声系数小于4dB，输出1dB压缩点大于15dBm。辅助变频滤波器组件11的工作频率10GHz，工作带宽100MHz，滤波器带宽小于200kHz。
进一步说，光源1的型号为EM650-193400-080-PM900-FCA-NA。调制器2的型号为AZ-0K5-20-PFA-SFA-LV。光分器3的型号为SMF1x2Splitter。长时延光路4可通过单模光纤实现延时。短时延光路5可通过单模光纤实现延时。第一光接收器6的型号为DSC30S。第二光接收器7的型号为DSC30S。电合路器8的型号为PDM-24M-10G。放大耦合器10可采用低噪声放大器以及功分器实现。
参见图3，进一步说，辅助变频滤波器组件11包括下变频器12、窄带滤波器13、上变频器14、变频滤波器15、延时器16、辅助振荡源17。其中，
下变频器12的输出端经窄带滤波器13与上变频器14的一个输入端相连。辅助振荡源17分别与下变频器12、延时器16连接，并提供时钟信号。延时器16的输出端与上变频器14的另一个输入端相连接。上变频器14的输出端与变频滤波器15的输入端相连接。下变频器12的输入端为本辅助变频滤波器组件11的输入端，变频滤波器15的输出端为本辅助变频滤波器组件11的输出端。
进一步说，延时器16的延时时间等于回路窄带滤波器13的延时时间与下变频器１４的延时时间之和。
进一步说，下变频器12的射频频率范围2~18GHz，中频范围DC~1GHz,变损小于8dB。窄带滤波器13的中心频率200MHz,3dB带宽200kHz。上变频器14的射频频率范围2~18GHz，中频范围DC~1GHz,变损小于8dB。变频滤波器15的中心频率10GHz,3dB带宽100MHz，对10GHz±200MHz抑制度大于50dB。延时器16的延时时间约5us。辅助振荡源17的输出频率9.8GHz，输出两路，功率大于13dBm，相位噪声-110dBc/Hz10kHz。
进一步说，下变频器12的型号为CXDM-D1。窄带滤波器13的型号为STXFD08D200M20-70。上变频器14的型号为CXDM-D1。变频滤波器15的型号为BP1000-100-3C。延时器16为光纤延时。辅助振荡源17为常规锁相环频率合成器。
使用时，由激光器产生的单模激光经过调制器后功分两路，分别经过长短延时光纤后由光接收器转换为两路电信号，经过合路器合成后送至辅助变频滤波器组建，由辅助变频滤波器组件实现窄带滤波选频，其输出由放大耦合器进行放大并输出两路，一路作为调制器的射频调制信号，另外一路作为光电振荡器的射频输出。当整个环路满足振荡器的起振条件时，光电振荡器即可输出一高稳定微波信号。采用辅助变频滤波技术的光电振荡器可以实现极窄的回路滤波，可解决常规光电振荡器频率模糊与低相位噪声之间的矛盾。随着光电振荡器输出频率的提高，本发明的技术优势越发明显。
Claims (10)
1.一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：包括光源（1）、调制器（2）、光分器（3）、长时延光路（4）、短时延光路（5）、第一光接收器（6）、第二光接收器（7）、电合路器（8）、放大耦合器（10）、辅助变频滤波器组件（11）；其中，
光源（1）的输出端经调制器（2）与光分器（3）的输入端相连；
光分器（3）将接收到光信号分成两路，一路光信号经长时延光路（4）传递至第一光接收器（6），另一路光信号经短时延光路（5）传递至第二光接收器（7），
第一光接收器（6）的输出端、第二光接收器（7）的输出端分别与电合路器（8）的输入端相连接；
电合路器（8）的输出端经辅助变频滤波器组件（11）与放大耦合器（10）的输入端相连接；
放大耦合器（10）的一路输出端与调制器（2）相连接，放大耦合器（10）的另一路输出端为本超窄带低噪声光电振荡器的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：
光源（1）采用DFB激光器；光源（1）的线宽小于1MHz,相对强度噪声小于-150dBc/Hz，输出光功率大于100mW，中心波长1550nm；
调制器（2）的工作波长1550nm，射频带宽大于18GHz，Vpi小于3.5V；
光分器（3）的功率分配比为1：1；
长时延光路（4）采用单模光纤，长度在500至8000m之间；
短时延光路（5）采用单模光纤，长度在50至1000m之间；
第一光接收器（6）的响应度0.8A/W,3dB带宽大于22GHz；
第二光接收器（7）的响应度0.8A/W,3dB带宽大于22GHz；
电合路器（8）的隔离度大于16dB，相位不平衡度小于5度，插损小于1dB；
放大耦合器（10）的放大器增益大于40dB，噪声系数小于4dB，输出1dB压缩点大于15dBm；
辅助变频滤波器组件（11）的工作频率10GHz，工作带宽100MHz，滤波器带宽小于200kHz。
3.根据权利要求1所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：光源（1）的型号为EM650-193400-080-PM900-FCA-NA；调制器（2）的型号为AZ-0K5-20-PFA-SFA-LV；光分器（3）的型号为SMF1x2Splitter；第一光接收器（6）的型号为DSC30S；第二光接收器（7）的型号为DSC30S；电合路器（8）的型号为PDM-24M-10G。
4.根据权利要求1所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：辅助变频滤波器组件（11）包括下变频器（12）、窄带滤波器（13）、上变频器（14）、变频滤波器（15）、延时器（16）、辅助振荡源（17）；其中，
下变频器（12）的输出端经窄带滤波器（13）与上变频器（14）的一个输入端相连；辅助振荡源（17）分别与下变频器（12）、延时器（16）连接，并提供时钟信号；延时器（16）的输出端与上变频器（14）的另一个输入端相连接；上变频器（14）的输出端与变频滤波器（15）的输入端相连接；下变频器（12）的输入端为本辅助变频滤波器组件（11）的输入端，变频滤波器（15）的输出端为本辅助变频滤波器组件（11）的输出端。
5.根据权利要求4所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：延时器（16）的延时时间等于回路窄带滤波器（13）的延时时间与下变频器（１４）的延时时间之和。
6.根据权利要求4所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：下变频器（12）的射频频率范围2~18GHz，中频范围DC~1GHz,变损小于8dB；窄带滤波器（13）的中心频率200MHz,3dB带宽200kHz；上变频器（14）的射频频率范围2~18GHz，中频范围DC~1GHz,变损小于8dB；变频滤波器（15）的中心频率10GHz,3dB带宽100MHz，对10GHz±200MHz抑制度大于50dB；延时器（16）的延时时间约5us；辅助振荡源（17）的输出频率9.8GHz，输出两路，功率大于13dBm，相位噪声-110dBc/Hz10kHz。
7.根据权利要求4所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：下变频器（12）和上变频器（14）的型号均为CXDM-D1。
8.根据权利要求4所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：窄带滤波器（13）的型号为STXFD08D200M20-70；变频滤波器（15）的型号为BP1000-100-3C。
9.根据权利要求4所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：延时器（16）为光纤延时。
10.根据权利要求4所述的一种超窄带低噪声光电振荡器，其特征在于：辅助振荡源（17）为锁相环频率合成器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160120 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |