CN105514764A - 一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器，用以解决现有技术中光电振荡器的噪声性能和边模抑制无法兼顾的问题。光电振荡器包括用于输出光载波的第一激光器和第二激光器、第一激光器连接的用于构成光电混合谐振腔的主环路、第二激光器连接的用于构成光电混合谐振腔的副环路，光电振荡器还包括用于将主环路生成的锁定信号注入副环路的第一支臂、用于将副环路生成的锁定信号注入主环路的第二支臂。

Description

一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器

技术领域

本申请涉及光电振荡器领域，尤其涉及一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器。

背景技术

目前，对于基于光电混合手段实现的光电振荡器，其通过将光纤延迟线作为储能元件，可以产生高频谱纯度的微波信号。这种光电振荡器的相位噪声性能优于传统的微波振荡器，可以直接作为低相位噪声的射频时基。

在现有技术中，单环结构的光电振荡器包括激光器、电光调制器、光纤卷、光电探测器、滤波器、耦合器、放大器等。但是，由于单环结构的光电振荡器的边模抑制很差，所以，通常可以采用双环结构的光电振荡器，其包括激光器、电光调制器、长光纤卷、短光纤卷、耦合器、光电探测器、滤波器、放大器等。

双环结构的光电振荡器可以有效地抑制边模，但是，由于其由光纤构成的长短双环是一个并联环路，因此，其光纤环的Q值下降，噪声性能较差。其中，光纤环的Q值指：该光纤环在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。

由此可知，现有技术中的光电振荡器的噪声性能和边模抑制无法兼顾。

发明内容

本申请实施例提供一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器，用以解决现有技术中光电振荡器的噪声性能和边模抑制无法兼顾的问题。

本申请实施例提供的一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器，包括用于输出光载波的第一激光器、用于输出光载波的第二激光器、所述第一激光器连接的用于构成光电混合谐振腔的主环路、所述第二激光器连接的用于构成光电混合谐振腔的副环路，

所述光电振荡器还包括用于从所述主环路向所述副环路注入锁定信号的第一支臂、用于从所述副环路向所述主环路注入锁定信号的第二支臂。

进一步地，所述主环路包括：依次连接的第一电光调制器、长光纤卷、第一光电探测器、第一放大器、第一耦合器、第二耦合器、第二放大器、第一滤波器，所述第一滤波器的输出端连接所述第一电光调制器的输入端；

所述第一激光器发送的光载波通过所述第一电光调制器正反馈调制输出光信号，所述光信号通过所述长光纤卷进行延时，延时后的光信号通过所述第一光电探测器转换为电信号，所述电信号通过所述第一放大器放大后输出给所述第一耦合器分路为两路，一路输出给所述第二耦合器，另一路从所述第一耦合器的隔离端输出给所述第一支臂，所述第二耦合器输出端的电信号输入第二放大器进行放大，所述第二放大器放大后的电信号通过所述第一滤波器进行滤波后反馈给所述第一电光调制器进入下一次循环。

进一步地，所述副环路包括：依次连接的第二电光调制器、短光纤卷、第二光电探测器、移相器、第三耦合器、第四耦合器、第三放大器、第五耦合器、第二滤波器，所述第二滤波器的输出端连接所述第二电光调制器的输入端；

所述第二激光器发送的光载波经所述第二电光调制器正反馈调制输出光信号，所述光信号通过所述短光纤卷进行延时，延时后的光信号通过所述第二光电探测器转换为电信号，所述电信号通过所述移相器进行移相后输出给第三耦合器，所述第三耦合器输出端的电信号输入所述第四耦合器分路为两路，一路输出给所述第三放大器进行放大，另一路从所述第三耦合器的隔离端输出给所述第二支臂，所述第三放大器放大后的电信号通过所述第五耦合器分路为两路，一路输出给所述第二滤波器进行滤波后反馈给所述第二电光调制器进入下一次循环，另一路作为所述光电振荡器的输出信号输出。

进一步地，所述第一支臂包括依次连接的第一隔离器、第一可变衰减器，所述第一支臂的输入端为所述第一隔离器的输入端，所述第一支臂的输出端为所述第一可变衰减器的输出端；

所述第一隔离器的输入端与所述第一耦合器的隔离端相连，所述第一可变衰减器的输出端与所述第三耦合器的衰减端相连；

从所述第一耦合器的隔离端输出的信号输入所述第一隔离器进行隔离，隔离后的信号通过所述第一可变衰减器进行功率调整，调整后的信号作为锁定信号，通过所述第三耦合器的衰减端注入所述副环路。

进一步地，所述第二支臂包括依次连接的第二隔离器、第二可变衰减器，所述第二支臂的输入端为所述第二隔离器的输入端，所述第二支臂的输出端为所述第二可变衰减器的输出端；

所述第二隔离器的输入端与所述第四耦合器的隔离端相连，所述第二可变衰减器的输出端与所述第二耦合器的衰减端相连；

从所述第四耦合器的隔离端输出的信号输入所述第二隔离器进行隔离，隔离后的信号通过所述第二可变衰减器进行功率调整，调整后的信号作为锁定信号，通过所述第二耦合器的衰减端注入所述主环路。

进一步地，所述光电振荡器的主环路和副环路中的各放大器设置为饱和状态。

本申请实施例通过上述至少一种技术方案，分别与主环路和副环路连接的第一支臂和第二支臂构成双向注入锁定结构，可以保证起振信号的稳定性，提高光纤环的Q值，噪声性能较好，且边模抑制能力也较好，因此，本申请提供的基于双向注入锁定结构的光电振荡器兼顾了噪声性能和边模抑制，可以解决现有技术中的问题。

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为本申请实施例提供的基于双向注入锁定结构的光电振荡器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的基于双向注入锁定结构的光电振荡器的详细结构示意图；

图3为本申请实施例提供的可用于实现图2中的局部结构的端口示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请旨在提供一种能够兼顾噪声性能和边模抑制的光电振荡器，主要基于双向注入锁定结构实现。

参照图1，图1为本申请实施例提供的基于双向注入锁定结构的光电振荡器的结构示意图。光电振荡器包括用于输出光载波的第一激光器10、用于输出光载波的第二激光器20、第一激光器10连接的用于构成光电混合谐振腔的主环路30、第二激光器20连接的用于构成光电混合谐振腔的副环路40，光电振荡器包括还包括用于从主环路30向副环路40注入锁定信号的第一支臂50、用于从副环路40向主环路30注入锁定信号的第二支臂60。光电振荡器的第一支臂50和第二支臂60，及其与主环路30和副环路40之间的连接结构构成本申请所述的双向注入锁定结构，基于该双向注入锁定结构，光电振荡器即可以保持光腔(也即主、副环路内)的高Q值，又可以大幅改善边模抑制，而且双向注入的锁定信号可以使得光电振荡器的起振信号稳定性强。

在本申请实施例，还提供了基于双向注入锁定结构的光电振荡器的详细结构示意图，如图2所示，该详细结构示意图主要可以分为四部分：主环路30的结构、副环路40的结构、第一支臂50的结构、第二支臂60的结构。下面结合图2分别进行说明。

在本申请实施例中，主环路30包括：依次连接的第一电光调制器31、长光纤卷32、第一光电探测器33、第一放大器34、第一耦合器35、第二耦合器36、第二放大器37、第一滤波器38，第一滤波器38的输出端连接第一电光调制器31的输入端；

第一激光器10发送的光载波通过第一电光调制器31正反馈调制输出光信号，光信号通过长光纤卷32进行延时，延时后的光信号通过第一光电探测器33转换为电信号，电信号通过第一放大器34放大后输出给第一耦合器35分路为两路，一路输出给第二耦合器36，另一路从第一耦合器35的隔离端输出给第一支臂50，第二耦合器36输出端的电信号输入第二放大器37进行放大，第二放大器37放大后的电信号通过第一滤波器38进行滤波后反馈给所述第一电光调制器31进入下一次循环。

在本申请实施例中，副环路40包括：依次连接的第二电光调制器41、短光纤卷42、第二光电探测器43、移相器44、第三耦合器45、第四耦合器46、第三放大器47、第五耦合器48、第二滤波器49，第二滤波器49的输出端连接第二电光调制器41的输入端；

第二激光器20发送的光载波经第二电光调制器41正反馈调制输出光信号，光信号通过短光纤卷42进行延时，延时后的光信号通过第二光电探测器43转换为电信号，电信号通过移相器44进行移相后输出给第三耦合器45，第三耦合器45输出端的电信号输入第四耦合器46分路为两路，一路输出给第三放大器47进行放大，另一路从第三耦合器45的隔离端输出给第二支臂60，第三放大器47放大后的电信号通过第五耦合器48分路为两路，一路输出给第二滤波器49进行滤波后反馈给第二电光调制器41进入下一次循环，另一路作为光电振荡器的输出信号输出。

在本申请实施例中，第一支臂50包括依次连接的第一隔离器51、第一可变衰减器52，第一支臂50的输入端为第一隔离器51的输入端，第一支臂50的输出端为第一可变衰减器52的输出端；

第一隔离器51的输入端与第一耦合器35的隔离端相连，第一可变衰减器52的输出端与第三耦合器45的衰减端相连；

从第一耦合器35的隔离端输出的信号输入第一隔离器51进行隔离，隔离后的信号通过第一可变衰减器52进行功率调整，调整后的信号作为锁定信号，通过第三耦合器45的衰减端注入副环路40。

在本申请实施例中，第二支臂60包括依次连接的第二隔离器61、第二可变衰减器62，第二支臂60的输入端为第二隔离器61的输入端，第二支臂60的输出端为第二可变衰减器62的输出端；

第二隔离器61的输入端与第四耦合器46的隔离端相连，第二可变衰减器62的输出端与第二耦合器36的衰减端相连；

从第四耦合器46的隔离端输出的信号输入第二隔离器61进行隔离，隔离后的信号通过第二可变衰减器62进行功率调整，调整后的信号作为锁定信号，通过第二耦合器36的衰减端注入主环路30。

在本申请实施例中，采用图3对以上实施例中提及的隔离端、衰减端进行了标识。需要说明的是，隔离端、衰减端是图2中耦合器的特定端口的名称的实例，并非对这些特定端口的名称的限定。

在本申请实施例中，光电振荡器的主环路和副环路中的各放大器可以设置为饱和状态。在这种情况下，可以使得即使双向注入功率比发生变化，注入第一支臂和第二支臂的信号为常量，从而可以进一步地提高光电振荡器的噪声性能。

为了便于理解，下面对一种实际应用场景下，对图2中光电振荡器的一种实现方案，以及实现的光电振荡器的工作过程举例进行说明。

实现方案：

第一激光器10的输出端与第一电光调制器31的输入端单模光纤连接；

第一电光调制器31的输出端与第一光电探测器31的输入端单模光纤连接，这两者之间有长光纤卷32；

第一光电探测器31的输出端与第一放大器34的输入端射频电缆连接；

第一放大器34的输出端与第一耦合器35的输入端射频电缆连接；

第一耦合器35的输出端与第二耦合器36的输入端射频电缆连接；

第二耦合器36的输出端与第二放大器37的输入端射频电缆连接；

第二放大器37的输出端与第一滤波器38的输入端射频电缆连接；

第一滤波器38的输出端与第一电光调制器31的调制端射频电缆连接。

第二激光器20的输出端与第二电光调制器41的输入端单模光纤连接；

第二电光调制器41的输出端与第二光电探测器43的输入端单模光纤连接，这两者之间有短光纤卷42；

第二光电探测器43的输出端与移相器44的输入端射频电缆连接；

移相器44的输出端与第三耦合器45的输入端射频电缆连接；

第三耦合器45的输出端与第四耦合器46的输入端射频电缆连接；

第四耦合器46的输出端与第三放大器47的输入端射频电缆连接；

第三放大器47的输出端与第五耦合器48的输入端射频电缆连接；

第五耦合器48的输出端作为射频信号的输出；

第五耦合器48的滤波端与第二滤波器49的输入端射频电缆连接；

第二滤波器49的输出端与第二电光调制器41的调制端射频电缆连接。

第四耦合器46的隔离端与第二隔离器61的输入端射频电缆连接；

第二隔离器61的输出端与第二可变衰减器62的输入端射频电缆连接；

第二可变衰减器62的输出端与第二耦合器36的衰减端射频电缆连接。

第一耦合器35的隔离端与第一隔离器51的输入端射频电缆连接；

第一隔离器51的输出端与第一可变衰减器52的输出端射频电缆连接；

第一可变衰减器52的输出端与第三耦合器45的衰减端射频电缆连接。

需要说明的是，在该实现方案中提到的调制端是第一电光调制器31的特定端口的名称的示例，滤波端是第五耦合器48的特定端口的名称的示例。

工作过程：

在主环路30内：

第一激光器10输出光载波；

光载波经过第一电光调制器31正反馈调制后输出给光电探测器A进行光电转换；

转换得到的电信号通过第一放大器34得到足够的增益，放大后的电信号输入给第一耦合器35；

第一耦合器35对电信号进行分路；

第一耦合器35输出端的电信号输入给第二耦合器36进行分路；

第二耦合器36的输出端信号再输入给第二放大器37进行放大；

经过第二放大器37放大后的信号通过第一滤波器38进行选频；

选频后的信号反馈给第一电光调制器31，形成主环路30；

其中，主环路30使用的是长光纤卷32。

在副环路40内：

第二激光器20输出光载波；

光载波经过第二电光调制器41正反馈调制后输出给第二光电探测器43进行光电转换；

转换得到的电信号通过移相器44进行适当的相移，相移后的电信号输入给第三耦合器45对电信号进行分路；

第三耦合器45输出端的电信号输入给第四耦合器46进行分路；

第四耦合器46的输出端信号再输入给第三放大器47进行放大；

经过第三放大器47放大后的信号再输入给第五耦合器48进行分路；

第五耦合器48的输出端作为最终的射频信号输出；

第五耦合器48滤波端的信号通过第二滤波器49进行选频；

选频后的信号反馈给第二电光调制器41，形成副环路40；

其中，副环路30使用的是短光纤卷42。

第一支臂50上：

主环路30的信号注入到副环路40的第一支臂50是由第一隔离器51和第一可变衰减器52构成的，第一耦合器35隔离端的信号输入给第一隔离器51进行隔离，隔离后的信号通过第一可变衰减器52进行功率调整，然后注入到第三耦合器45的衰减端，完成主环路30向副环路40的正向注入。

副环路40的信号注入到主环路30的第二支臂60是由第二隔离器61和第二可变衰减器62构成的，第四耦合器46隔离端的信号输入给第二隔离器61进行隔离，隔离后的信号通过第二可变衰减器62进行功率调整，然后注入到第二耦合器36的衰减端，完成副环路40向主环路30的反向注入。

双向支臂(即，第一支臂50和第二支臂60)中的隔离器可以存在1dB的损耗和20dB的反向隔离度。所述隔离器可以保证双向注入的独立性，双向支臂中的可变衰减器可以用来在一定范围内调节双向支臂上的注入功率，双向支臂上的衰减可以影响主副环路上的功率平衡，改变每个环路中的功率可以改变最终信号输出的相位噪声和杂散水平，双向支臂上可以设置为强注入，每个环路中放大器可以设置为饱和状态，这样可以保证在正反向注入功率比发生变化的情况下，注入双向支臂上的输入信号成为常量，从而可以进一步地提高光电振荡器的噪声性能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

还需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种基于双向注入锁定结构的光电振荡器，包括用于输出光载波的第一激光器(10)、用于输出光载波的第二激光器(20)、所述第一激光器(10)连接的用于构成光电混合谐振腔的主环路(30)、所述第二激光器(20)连接的用于构成光电混合谐振腔的副环路(40)，其特征在于，

所述光电振荡器还包括用于从所述主环路(30)向所述副环路(40)注入锁定信号的第一支臂(50)、用于从所述副环路(40)向所述主环路(30)注入锁定信号的第二支臂(60)。

2.如权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，

所述主环路(30)包括：依次连接的第一电光调制器(31)、长光纤卷(32)、第一光电探测器(33)、第一放大器(34)、第一耦合器(35)、第二耦合器(36)、第二放大器(37)、第一滤波器(38)，所述第一滤波器(38)的输出端连接所述第一电光调制器(31)的输入端；

所述第一激光器(10)发送的光载波通过所述第一电光调制器(31)正反馈调制输出光信号，所述光信号通过所述长光纤卷(32)进行延时，延时后的光信号通过所述第一光电探测器(33)转换为电信号，所述电信号通过所述第一放大器(34)放大后输出给所述第一耦合器(35)分路为两路，一路输出给所述第二耦合器(36)，另一路从所述第一耦合器(35)的隔离端输出给所述第一支臂(50)，所述第二耦合器(36)输出端的电信号输入第二放大器(37)进行放大，所述第二放大器(37)放大后的电信号通过所述第一滤波器(38)进行滤波后反馈给所述第一电光调制器(31)进入下一次循环。

3.如权利要求2所述的光电振荡器，其特征在于，

所述副环路(40)包括：依次连接的第二电光调制器(41)、短光纤卷(42)、第二光电探测器(43)、移相器(44)、第三耦合器(45)、第四耦合器(46)、第三放大器(47)、第五耦合器(48)、第二滤波器(49)，所述第二滤波器(49)的输出端连接所述第二电光调制器(41)的输入端；

所述第二激光器(20)发送的光载波经所述第二电光调制器(41)正反馈调制输出光信号，所述光信号通过所述短光纤卷(42)进行延时，延时后的光信号通过所述第二光电探测器(43)转换为电信号，所述电信号通过所述移相器(44)进行移相后输出给第三耦合器(45)，所述第三耦合器(45)输出端的电信号输入所述第四耦合器(46)分路为两路，一路输出给所述第三放大器(47)进行放大，另一路从所述第三耦合器(45)的隔离端输出给所述第二支臂(60)，所述第三放大器(47)放大后的电信号通过所述第五耦合器(48)分路为两路，一路输出给所述第二滤波器(49)进行滤波后反馈给所述第二电光调制器(41)进入下一次循环，另一路作为所述光电振荡器的输出信号输出。

4.如权利要求3所述的光电振荡器，其特征在于，

所述第一支臂(50)包括依次连接的第一隔离器(51)、第一可变衰减器(52)，所述第一支臂(50)的输入端为所述第一隔离器(51)的输入端，所述第一支臂(50)的输出端为所述第一可变衰减器(52)的输出端；

所述第一隔离器(51)的输入端与所述第一耦合器(35)的隔离端相连，所述第一可变衰减器(52)的输出端与所述第三耦合器(45)的衰减端相连；

从所述第一耦合器(35)的隔离端输出的信号输入所述第一隔离器(51)进行隔离，隔离后的信号通过所述第一可变衰减器(52)进行功率调整，调整后的信号作为锁定信号，通过所述第三耦合器(45)的衰减端注入所述副环路(40)。

5.如权利要求4所述的光电振荡器，其特征在于，

所述第二支臂(60)包括依次连接的第二隔离器(61)、第二可变衰减器(62)，所述第二支臂(60)的输入端为所述第二隔离器(61)的输入端，所述第二支臂(60)的输出端为所述第二可变衰减器(62)的输出端；

所述第二隔离器(61)的输入端与所述第四耦合器(46)的隔离端相连，所述第二可变衰减器(62)的输出端与所述第二耦合器(36)的衰减端相连；

从所述第四耦合器(46)的隔离端输出的信号输入所述第二隔离器(61)进行隔离，隔离后的信号通过所述第二可变衰减器(62)进行功率调整，调整后的信号作为锁定信号，通过所述第二耦合器(36)的衰减端注入所述主环路(30)。

6.如权利要求1～5任一项所述的光电振荡器，其特征在于，

所述光电振荡器的主环路(30)和副环路(40)中的各放大器设置为饱和状态。