CN105552706B - 一种短期频率稳定度标准的生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短期频率稳定度标准的生成装置，包括：激光谐振环路和信号输出环路，其中，激光谐振环路包括：激光器、谐振腔以及锁频环路，激光器的输出端与谐振腔连接，谐振腔与锁频环路连接，锁频环路与激光器连接，形成激光谐振环路；激光器用于输出激光，锁频环路将激光稳频锁定在谐振腔的模式上，得到设定线宽的激光，设定线宽的激光经过信号输出环路的处理后，输出微波信号。通过本发明实施例中的短期频率稳定度标准的生成装置可以解决激光器的噪声影响，采用光子滤波器可以大幅抑制边模，改善起振的稳定性，不仅频率稳定度要优于传统的高稳晶振两个数量级以上，可以在计量上满足三倍的量传关系，而且其频率很高可以直接作为射频时基。

Description

一种短期频率稳定度标准的生成装置
技术领域
本发明涉及频率稳定度领域，尤其涉及一种基于超稳光源的短期频率稳定度标准的生成装置。
背景技术
短期频率稳定度(也即，相位噪声)作为一种衡量精密振荡器工作性能的重要特征，在定位、导航、通信、军事等领域中具有重要作用。
目前，为了计量实际应用中信号(尤其是射频信号或微波信号)的短期频率稳定度，往往需要相应的短期频率稳定度标准作为射频时基，以对待测信号的短期频率稳定度进行计量。
现有技术中，通常采用两种方式来获得射频时基：一种方式为采用高稳晶振进行倍频输出，获得射频时基；另一种方式为采用光电振荡器，产生微波信号而获得射频时基。
但是，上述现有的方式存在如下问题：
对于第一种方式而言，由于高稳晶振的物理特性，高稳晶振的频率远远低于射频时基的频率，换言之，采用高稳晶振作为短期频率稳定度标准在稳定度指标上并不能满足三倍的量传关系(三倍量传关系是指标准的射频时基的频率至少大于待测信号频率的三倍)，这就有可能导致计量结果不够精确。虽然将高稳晶振输出的信号进行倍频处理后能够提升射频时基的频率，但额外的倍频放大电路增加了电路结构的复杂度。
对于第二种方式而言，现有的光电振荡器虽然可产生高频谱纯度的微波信号，可以直接作为低相位噪声的射频时基，但是，现有的光电振荡器中作为光源的激光器所发出的激光中包含多种线宽的激光，也即噪声较大，而且边模抑制比很差，从而，造成光电振荡器的近载频噪声较差，导致其短期频率稳定度的较差，换言之，现有的光电振荡器的射频时基不够稳定。
发明内容
本发明实施例提供一种短期频率稳定度标准的生成装置，用以解决现有技术中获得短期频率稳定度标准存在缺陷的问题。
本发明提供一种短期频率稳定度标准的生成装置，包括：激光谐振环路和信号输出环路，其中：
所述激光谐振环路包括：激光器、谐振腔以及锁频环路，其中，所述激光器的输出端与所述谐振腔连接，所述谐振腔与所述锁频环路连接，所述锁频环路与所述激光器连接，形成所述激光谐振环路；所述激光器用于输出激光，所述锁频环路将所述激光稳频锁定在所述谐振腔的模式上，得到设定线宽的激光，所述设定线宽的激光经过所述信号输出环路的处理后，输出作为短期频率稳定度标准的微波信号。
进一步地，所述信号输出环路包括：电光调制器、光子滤波器、光电探测器、功分器、电放大器，其中，所述电光调制器与所述光子滤波器连接，所述光子滤波器与所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述功分器连接，所述功分器与所述电放大器连接，所述电放大器与所述电光调制器连接，形成信号输出环路；
所述电光调制器用于接收从所述谐振腔输出的设定激光线宽的激光，并对所述激光进行正反馈调制处理；所述光子滤波器用于将正反馈调制处理后的激光进行选模处理，得到设定模式的激光；所述光电探测器用于将设定模式的激光进行光电转换生成微波信号；所述功分器用于将所述微波信号进行分路输出，一路微波信号经过所述电放大器的增益后反馈给所述电光调制器进行正反馈调制，另一路输出作为短期频率稳定度标准的微波信号。
进一步地，在所述激光谐振环路中，所述激光器的输出端与所述谐振腔的输入端通过单模光纤连接，所述谐振腔的环路端与所述锁频环路的输入端通过单模光纤连接，所述锁频环路的输出端与所述激光器的调制端通过单模光纤连接。
进一步地，在信号输出环路中，所述电光调制器的输入端与所述谐振腔的输出端通过单模光纤连接，所述电光调制器的输出端与所述光子滤波器的输入端通过单模光纤连接，所述光子滤波器的输出端与所述光电探测器的输入端通过单模光纤连接，所述光电探测器的输出端与所述功分器的输入端通过射频电缆连接，所述功分器的放大端与所述电放大器的输入端通过射频电缆连接，所述电放大器的输出端与所述电光调制器的调制端通过射频电缆连接，所述功分器的信号端用于信号输出。
进一步地，所述锁频环路为PDH环路；所述谐振腔为法布里-珀罗FP谐振腔。
与现有技术中不同的是，通过本发明中的短期频率稳定度标准的生成装置，激光谐振环路形成了一种超稳光源，可以解决激光器的噪声影响，同时，采用光子滤波器可以大幅抑制边模，改善起振的稳定性，此外，短期频率稳定度标准的生成装置，不仅频率稳定度要优于传统的高稳晶振两个数量级以上，可以在计量上满足三倍的量传关系，而且其频率很高可以直接作为射频时基。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种短期频率稳定度标准的生成装置中激光谐振环路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种短期频率稳定度标准的生成装置中信号输出环路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种短期频率稳定度标准的生成装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、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。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种短期频率稳定度标准的生成装置的结构示意图，具体地，短期频率稳定度标准的生成装置D1包括：激光谐振环路10和信号输出环路20。
具体而言，激光谐振环路10包括：激光器101、谐振腔102以及锁频环路103，其中，激光器101的输出端与谐振腔102连接，谐振腔102与锁频环路103连接，锁频环路103与激光器101连接，形成激光谐振环路10。
基于上述的激光谐振环路10和信号输出环路20，激光器101用于输出激光，锁频环路103将激光稳频锁定在谐振腔102的模式上，得到设定线宽的激光，设定线宽的激光经过信号输出环路20的处理后，输出作为短期频率稳定度标准的微波信号。
需要说明的是，与现有技术中不同的是，通过本发明中的激光谐振环路10，在锁频环路103的稳频锁定作用下，使得激光器101发出的激光在谐振腔102内的线宽极窄，可有效排除其他激光线宽的干扰，减少激光器101的噪声，从而形成了一种超稳光源，为后续信号输出环路20的处理提供了良好的光源输出。
进一步地，在本发明实施例中，对于信号输出环路20而言，如图2所示，从图2中可见，信号输出环路20包括：电光调制器201、光子滤波器202、光电探测器203、功分器204、电放大器205。
其中，电光调制器201与光子滤波器202连接，光子滤波器202与光电探测器203连接，光电探测器203与功分器204连接，功分器204与电放大器205连接，电放大器205与电光调制器201连接，形成信号输出环路20。
基于上述的信号输出环路20，在实际应用中，电光调制器201用于接收从谐振腔102输出的设定激光线宽的激光，并对该激光进行正反馈调制处理；光子滤波器202用于将正反馈调制处理后的激光进行选模处理，得到设定模式的激光；光电探测器203用于将设定模式的激光进行光电转换生成微波信号；功分器204用于将微波信号进行分路输出，一路微波信号经过电放大器的增益后反馈给电光调制器进行正反馈调制，另一路输出作为短期频率稳定度标准的微波信号。
综上所述，本发明中的短期频率稳定度标准的生成装置在实际应用中的具体结构如图3所示，具体而言，在激光谐振环路10中，激光器101的输出端与谐振腔102的输入端通过单模光纤连接，谐振腔102的环路端与锁频环路103的输入端通过单模光纤连接，锁频环路103的输出端与激光器101的调制端通过单模光纤连接。
在信号输出环路20中，电光调制器201的输入端与谐振腔102的输出端通过单模光纤连接，电光调制器201的输出端与光子滤波器202的输入端通过单模光纤连接，光子滤波器202的输出端与光电探测器203的输入端通过单模光纤连接，光电探测器203的输出端与功分器204的输入端通过射频电缆连接，功分器204的放大端与电放大器205的输入端通过射频电缆连接，电放大器205的输出端与电光调制器201的调制端通过射频电缆连接，功分器204的信号端用于信号输出。
作为本发明实施例中的一种方式，上述的锁频环路103具体可以是PDH环路。上述的谐振腔102具体可以是法布里-珀罗FP谐振腔。这里并不构成对本申请的限定。
通过本发明实施例中的短期频率稳定度标准的生成装置，可以达到如下效果：
一、可以解决激光器的噪声影响。
二、采用光子滤波器可以大幅抑制边模，改善起振的稳定性。
三、短期频率稳定度标准的生成装置，不仅频率稳定度要优于传统的高稳晶振两个数量级以上，可以在计量上满足三倍的量传关系，而且其频率很高可以直接作为射频时基。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种短期频率稳定度标准的生成装置，其特征在于，
所述短期频率稳定度标准的生成装置包括：激光谐振环路和信号输出环路，其中：
所述激光谐振环路包括：激光器、谐振腔以及锁频环路，其中，所述激光器的输出端与所述谐振腔连接，所述谐振腔与所述锁频环路连接，所述锁频环路与所述激光器连接，形成所述激光谐振环路；所述激光器用于输出激光，所述锁频环路将所述激光稳频锁定在所述谐振腔的模式上，得到设定线宽的激光，所述设定线宽的激光经过所述信号输出环路的处理后，输出作为短期频率稳定度标准的微波信号，在所述激光谐振环路中，所述激光器的输出端与所述谐振腔的输入端通过单模光纤连接，所述谐振腔的环路端与所述锁频环路的输入端通过单模光纤连接，所述锁频环路的输出端与所述激光器的调制端通过单模光纤连接,所述锁频环路为PDH环路，所述谐振腔为法布里-珀罗FP谐振腔。
2.如权利要求1所述的短期频率稳定度标准的生成装置，其特征在于，
所述信号输出环路包括：电光调制器、光子滤波器、光电探测器、功分器、电放大器，其中，所述电光调制器与所述光子滤波器连接，所述光子滤波器与所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述功分器连接，所述功分器与所述电放大器连接，所述电放大器与所述电光调制器连接，形成信号输出环路；
所述电光调制器用于接收从所述谐振腔输出的设定激光线宽的激光，并对所述激光进行正反馈调制处理；所述光子滤波器用于将正反馈调制处理后的激光进行选模处理，得到设定模式的激光；所述光电探测器用于将设定模式的激光进行光电转换生成微波信号；所述功分器用于将所述微波信号进行分路输出，一路微波信号经过所述电放大器的增益后反馈给所述电光调制器进行正反馈调制，另一路输出作为短期频率稳定度标准的微波信号。
3.如权利要求2所述的短期频率稳定度标准的生成装置，其特征在于，
在信号输出环路中，所述电光调制器的输入端与所述谐振腔的输出端通过单模光纤连接，所述电光调制器的输出端与所述光子滤波器的输入端通过单模光纤连接，所述光子滤波器的输出端与所述光电探测器的输入端通过单模光纤连接，所述光电探测器的输出端与所述功分器的输入端通过射频电缆连接，所述功分器的放大端与所述电放大器的输入端通过射频电缆连接，所述电放大器的输出端与所述电光调制器的调制端通过射频电缆连接，所述功分器的信号端用于信号输出。
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