CN105577267B - 基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置及方法，该装置包括电光调制器，用于对激光束进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；双向传递的光纤链路，用于根据光纤链路的距离对光信号进行间距调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；光电探测器，用于对光信号进行光电转换，获得电信号；锁相环路，用于将电信号与N倍频后的参考信号频率进行锁定；参考信号源，用于产生电信号在锁定状态下的参考相位；功分器，用于根据参考信号产生第一和第二参考信号分别发送至锁相环路和电光调制器。本发明所述技术方案，可简化微波变频电路，抑制激光源的噪声，对双向传递的光纤链路引入的噪声进行补偿。

Description

基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光纤频率传递相位补偿装置。更具体地，涉及一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置及方法。

背景技术

目前光纤频率传递技术，主要分为两种，一种是直接在光域进行传递，这种方法应用范围不广，另一种是将要传递的参考信号通过复杂的微波变换电路，使之频率变至微波频段，然后将其调制到光波上进行传递，这种方法目前应用最为广泛。但是这种微波光纤频率传递的方法，存在局限性：一、将参考信号变频至微波频段的变换电路复杂，难度较大；二、由于是远距离传递，光纤链路上引入的相位噪声会大幅恶化参考信号的质量，所以需要采用补偿环路对光纤链路上的噪声进行抑制，补偿环路依赖的是引入相位噪声优越的压控振荡器，通过将参考信号与压控振荡器的相位进行锁定，来补偿光纤链路的相位噪声。这种装置包括压控振荡器、压控振荡器的微波变换电路、参考信号、参考信号的微波变换电路、光纤双向的传递链路、激光器、电光调制器、补偿环路等。但是这种补偿装置即复杂又忽略了光纤双向的传递链路中各种光学器件的噪声包括光放大器、环行器等，还忽略了激光器的强度噪声，如果要抑制这些噪声，还需要额外附加另外的补偿环路。

因此，需要提供一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置及方法，采用光电振荡器的原理实现微波频率简易变换，并对激光源的噪声进行了抑制，对双向传递的光纤链路引入的噪声进行了补偿。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置及方法，解决微波频段的变换电路复杂、难度大，补偿环路复杂，需额外添加压控振荡器，以及激光器和光纤双向的传递链路中噪声的问题。

为达到上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置，该装置包括

用于产生激光束的光源；

电光调制器，用于对所述激光束进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；

双向传递的光纤链路，用于根据该双向传递的光纤链路的距离对所述具有等间距峰值的频谱的光信号进行间距调制，获得调制后具有等间距峰值的频谱的光信号；

光电探测器，用于对所述调制后具有等间距峰值的频谱的光信号进行光电转换，获得电信号；

锁相环路，用于将电信号与N倍频后的参考信号频率进行锁定；

参考信号源，用于产生电信号在锁定状态下的参考相位；

功分器，用于根据N倍频后的参考信号产生第一参考信号和第二参考信号分别发送至锁相环路和电光调制器；

锁相环路，还用于提取电信号的频谱进行振荡激励；

电光调制器，还用于根据第二参考信号对具有等间距峰值的频谱的光信号进行正反馈激励。

优选的，所述该装置进一步包括

N倍频器，用于将参考信号的频率进行倍频，并获得N倍频率的参考信号并发送至功分器。

优选的，所述该装置进一步包括

电放大器，用于将第二参考信号进行放大，发送至电光调制器。

优选的，所述产生的激光束相位为Φ₀。

优选的，所述经双向传递的光纤链路调制后的光信号相位为2Φ_P。

优选的，所述参考信号源产生的参考光信号相位是Φ_r，频率是fr。

优选的，所述经N倍频器倍频的参考信号的相位是NΦ_r，频率是Nfr。

一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿方法，该方法包括

通过电光调制器对激光束进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；

通过双向传递的光纤链路，对所述具有等间距峰值的频谱的光信号进行间距调制，获得调制后具有等间距峰值的频谱的光信号；

通过光电探测器，对所述调制后具有等间距峰值的频谱的光信号进行光电转换，获得电信号；

通过锁相环路，将电信号锁定在N倍频后的参考信号相位上；

通过参考信号源，产生将电信号锁定在相位上的参考信号；

通过功分器，根据N倍频后的参考信号产生第一参考信号和第二参考信号分别发送至锁相环路和电光调制器；

通过锁相环路，提取电信号的频谱进行振荡激励；

通过电光调制器，运用第二参考光信号对具有等间距峰值的频谱的光信号进行正反馈激励。

优选的，所述方法进一步包括

通过N倍频器，对参考信号的频率进行倍频，获得N倍频率的参考信号并发送至功分器。

优选的，所述方法进一步包括

通过电放大器，根据第二参考信号进行放大并发送至电光调制器。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案，克服了现有技术中微波频率光线传递补偿装置的不足，具有以下优点：

1、简化了微波变频电路；

2、对双向光纤链路引入的噪声进行了补偿；抑制了激光器的噪声。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例中一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置结构图；

图2示出本发明实施例中一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明公开了一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置，该装置包括激光器1、电光调制器2、双向传递的光纤链路3、光电探测器4、锁相环路8、参考信号5、N倍频器6、功分器7、电放大器9；

激光器1，用于产生连续的波光源；

电光调制器2，用于对连续波光源进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；

双向传递的光纤链路3，用于根据该双向传递的光纤链路的距离对具有等间距峰值的频谱的光信号进行间距调制，获得调制后具有等间距峰值的频谱的光信号；

光电探测器4，用于对调制后具有等间距峰值的频谱的光信号进行光电转换，获得电信号；

锁相环路8，用于将电信号与N倍频后的参考信号频率进行锁定，从而达到采用锁相环路滤波来提取电信号的作用，电信号的频率为N倍频后的参考信号频率；

参考信号源5，用于产生电信号在锁定状态下的参考相位；

N倍频器6，用于将参考信号的频率进行倍频，获得N倍频率的参考信号并发送至功分器7。

功分器7，用于根据N倍频后的参考信号产生第一参考信号和第二参考信号分别发送至锁相环路8和电放大器9；

电放大器9，用于将第二参考信号进行放大，发送至电光调制器2。

锁相环路8，还用于提取电信号的频谱进行振荡激励；

电光调制器2，还用于根据放大后的第二参考信号对具有等间距峰值的频谱的光信号进行正反馈激励。

所述产生的激光束相位为Φ₀。

所述经双向传递的光纤链路调制后的光信号相位为2Φ_P。

所述参考信号源产生的参考光信号相位是Φ_r，频率是fr。

所述经N倍频器倍频的参考信号的相位是NΦ_r，频率是Nfr。

所述该装置的连接关系为：激光器1的输出端与电光调制器2的光输入端单模光纤连接，电光调制器2的调制输出端与双向传递的光纤链路3单模光纤连接，双向传递的光纤链路3的输出端与光电探测器4的输入端单模光纤连接，光电探测器4的输出端与锁相环路8的本振端射频电缆连接，参考信号5的输出端与N倍频器6的输入端射频电缆连接，N倍频器6的输出端与功分器7的参考端射频电缆连接，功分器7的放大端与电放大器9的输入端射频电缆连接，电放大器9的输出端与电光调制器2的电输入端射频电缆连接，功分器7的锁相端与锁相环路8的射频端射频电缆连接，锁相环路8的电压端与参考信号5的电调端射频电缆连接。

该装置在工作过程中，激光器1输出连续波光源，其相位为Φ₀，光源经过电光调制器2后，其光信号的频谱由一系列等间距的峰值组成，间距由双向传递的光纤链路3的距离所决定，距离越长间距越短，由光纤链路所构成的光腔的Q值也越高，双向传递的光纤链路3的相位波动为2Φ_P，经过电光调制器2后的光谱通过光电探测器4进行光电转换，转换得到的电信号通过锁相环路8锁定在参考信号5的相位上，参考信号5的相位是Φ_r，频率是fr，参考信号5经过N倍频器6后的频率输出Nfr，其相位为NΦ_r，功分器7的输入频率信号Nfr，功分器7输出的频率分为两路，一路信号是在锁相环路8的作用下提取出了一系列等间距峰值中与Nfr相同的频谱进行振荡激励，另一路信号是通过电放大器9得到足够增益后，输出到电光调制器2的电输入端，形成正反馈激励，在参考信号与光电振荡信号锁定后，相位上的关系可以表示为Φ_r＝(Φ₀+2Φ_P)/N，从公示中可以看到，激光器1的噪声得到抑制，双向光纤链路3引入的噪声得到抑制。

如图2所示，本发明还公开了一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿方法，该方法具体包括：

S1、通过电光调制器对激光束进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；

S2、通过双向传递的光纤链路，对所述具有等间距峰值的频谱的光信号进行间距调制，获得调制后具有等间距峰值的频谱的光信号；

S3、通过光电探测器，对所述调制后具有等间距峰值的频谱的光信号进行光电转换，获得电信号；

S4、通过锁相环路，将电信号锁定在N倍频后的参考信号相位上；

S5、通过参考信号源，产生将电信号锁定在相位上的参考信号；

S6、通过功分器，根据N倍频后的参考信号产生第一参考信号和第二参考信号分别发送至锁相环路和电光调制器；

S7、通过锁相环路，提取电信号的频谱进行振荡激励；

S8、通过电光调制器，运用第二参考光信号对具有等间距峰值的频谱的光信号进行正反馈激励。

S9、通过N倍频器，对参考信号的频率进行倍频，获得N倍频率的参考信号并发送至功分器。

S10、通过电放大器，根据第二参考信号进行放大并发送至电光调制器。

综上所述，本发明所述技术方案，克服了现有技术中微波频率光线传递补偿装置的不足，具有以下优点：1、采用光学振荡器原理，简化了微波变频电路；2、利用光学振荡器具有良好的抑制噪声的性能对双向光纤链路引入的噪声进行了补偿；3、抑制了激光器的噪声。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，该装置包括

用于产生激光束的光源；

电光调制器，用于对所述激光束进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；

双向传递的光纤链路，用于根据该双向传递的光纤链路的距离对所述具有等间距峰值的频谱的光信号进行间距调制，获得调制后具有等间距峰值的频谱的光信号；

光电探测器，用于对所述调制后具有等间距峰值的频谱的光信号进行光电转换，获得电信号；

锁相环路，用于将电信号与N倍频后的参考信号频率进行锁定；

参考信号源，用于产生电信号在锁定状态下的参考相位；

功分器，用于根据N倍频后的参考信号产生第一参考信号和第二参考信号分别发送至锁相环路和电光调制器；

锁相环路，还用于提取电信号的频谱进行振荡激励；

电光调制器，还用于根据第二参考信号对具有等间距峰值的频谱的光信号进行正反馈激励。

2.根据权利要求1所述的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，所述该装置进一步包括

N倍频器，用于将参考信号的频率进行倍频，并获得N倍频率的参考信号并发送至功分器。

3.根据权利要求1所述的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，所述该装置进一步包括

电放大器，用于将第二参考信号进行放大，发送至电光调制器。

4.根据权利要求1所述的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，所述产生的激光束相位为Φ₀。

5.根据权利要求1所述的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，所述经双向传递的光纤链路调制后的光信号相位为2Φ_P。

6.根据权利要求2所述的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，参考信号源产生的参考光信号相位是Φ_r，频率是fr。

7.根据权利要求6所述的光纤频率传递相位补偿装置，其特征在于，经N倍频器倍频后的参考信号的相位是NΦ_r，频率是Nfr。

8.一种基于光电振荡器原理的光纤频率传递相位补偿方法，其特征在于，该方法包括：

通过电光调制器对激光束进行调制，获得具有等间距峰值的频谱的光信号；

通过双向传递的光纤链路，对所述具有等间距峰值的频谱的光信号进行间距调制，获得调制后具有等间距峰值的频谱的光信号；

通过光电探测器，对所述调制后具有等间距峰值的频谱的光信号进行光电转换，获得电信号；

通过锁相环路，将电信号锁定在N倍频后的参考信号相位上；

通过参考信号源，产生将电信号锁定在相位上的参考信号；

通过功分器，根据N倍频后的参考信号产生第一参考信号和第二参考信号分别发送至锁相环路和电光调制器；

通过锁相环路，提取电信号的频谱进行振荡激励；

通过电光调制器，运用第二参考光信号对具有等间距峰值的频谱的光信号进行正反馈激励。

9.根据权利要求8所述的光纤频率传递相位补偿方法，其特征在于，所述方法进一步包括

通过N倍频器，对参考信号的频率进行倍频，获得N倍频率的参考信号并发送至功分器。

10.根据权利要求8所述的光纤频率传递相位补偿方法，其特征在于，所述方法进一步包括

通过电放大器，根据第二参考信号进行放大并发送至电光调制器。