CN105896236A - 双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器。主要解决了无法采用现有光学/电学滤波器在保证信号单模输出的同时，实现光电振荡器的大范围频率调谐的问题。所述的激光器(1)通过偏振控制器(2)连接强度调制器(3)，强度调制器(3)通过长光纤(4)连接光学耦合器(5)，光学耦合器(5)通过光纤与可调延迟线7两路分别连接一个光电探测器(6)，两个光电探测器6通过电学合成器(8)合并为一路连接在功率放大器输入端，功率放大器输出端与强度调制器分别连接在功分器上。具有调谐方法简单，具有快速频率调谐的潜力。

Description

双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器

技术领域

本发明涉及通信、雷达、电子对抗等领域，具体是一种双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器。

背景技术

目前光电振荡器存在的一大难题是在使用长达千米量级的长光纤反馈回路降低输出信号噪声的同时，随之产生了频率间隔在200kHz以下的一系列振荡模式，无法采用现有的光学/电学滤波器滤除其他振荡模式，实现光电振荡器的单模信号输出。即使在使用长短光纤的双环路结构中，模式间隔仍在20MHz以下，也无法采用现有光学、电学滤波器在保证信号单模输出的同时，实现光电振荡器的大范围频率调谐。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种通过采用双长环结构代替长短环反馈回路的结构，无需采用光学、电学滤波器，实现在大频率调谐范围内的单模输出的双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器。

技术方案：一种双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器，包括激光器、偏振控制器、强度调制器、长光纤、光学耦合器、光电探测器、可调延迟线、电学合成器、功率放大器、功分器，所述的激光器通过偏振控制器连接强度调制器，强度调制器通过长光纤连接光学耦合器，光学耦合器通过光纤与可调延迟线两路分别连接一个光电探测器，两个光电探测器通过电学合成器合并为一路连接在功率放大器输入端，功率放大器输出端与强度调制器分别连接在功分器上。

有益效果：通过采用本发明的技术方案，采用双长环反馈回路结构，具有固有的大振荡模式间隔的优势，系统中不需要任何光学、电学滤波器就可以实现单模振荡，并且可以在几十吉赫兹的范围内实现频率调谐，且调谐方法简单，具有快速频率调谐的潜力，可在高达几十吉赫兹的范围内实现低相噪的频率可调谐单模信号输出。

附图说明

图1为本发明构造示意图。

图中，1-激光器，2-偏振控制器，3-强度调制器，4-长光纤，5-光学耦合器，6-光电探测器，7-可调延迟线，8-电学合成器，9-功率放大器，10-功分器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

由图1所示的一种双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器，包括激光器1、偏振控制器2、强度调制器3、长光纤4、光学耦合器5、光电探测器6、可调延迟线7、电学合成器8、功率放大器9、功分器10，所述的激光器1通过偏振控制器2连接强度调制器3，强度调制器3通过长光纤4连接光学耦合器5，光学耦合器5通过光纤与可调延迟线7两路分别连接一个光电探测器6，两个光电探测器6通过电学合成器8合并为一路连接在功率放大器9输入端，功率放大器9输出端与强度调制器3分别连接在功分器10上。

具体的，激光器1中发出的连续光通过偏振控制器2注入到强度调制器3中，调制后的光信号经过一段长度在千米量级的长光纤后在光学耦合器5中平均分成两路。上路中的光信号直接在高速光电探测器6上转换为电信号，下路中的光信号先经过光学可调延时线7进行适当延时后再在高速探测器6上转换为电信号。上下两路电信号在电学合成器8中合成后并在功率放大器9中进行信号放大，最后放大后的电信号一部分输出，一部分反馈回强度调制器3，整个光电振荡器系统的起振由系统中的噪声引起，并形成功率稳定的振荡模式。在该双长环结构光电振荡器中，强度调制器3、长光纤4、功率放大器9与光电探测器6构成第一个反馈回路，与光学延时线7和光电探测器6构成第二个反馈回路。在光学延时线7延迟时间为0ps时，两个反馈回路的物理长度在毫米量级。由于该双长环反馈回路结构的光电振荡器中的双长环路长度差很小，导致在理想情况下的振荡模式间隔很大，可以达到几十吉赫兹以上，并且可以通过调节光学延时线7的延时量实现振荡模式间隔的调谐。通过适当选取该系统中各元件的带宽，可以保证该系统在很大频率范围内实现单模振荡。例如，该系统中的各元件的最小带宽为DC-B，则可以实现在B/2至B范围的可调谐单模输出。

在第一个反馈回路中，振荡模式的频率需要满足：

$f_{1k}=\frac{k_1}{{\mathrm{\τ}}_1},k_1=1,2,...,---\left(1\right)$

其中τ₁是第一个反馈回路的总时间延迟，在第二个反馈回路中，振荡模式的频率需要满足：

$f_{2k}=\frac{k_2}{{\mathrm{\τ}}_2}=\frac{k_2}{{\mathrm{\τ}}_1+\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}},k_2=1,2,...,---\left(2\right)$

其中τ₂是第二个反馈回路的总时间延迟，Δτ是第二个反馈回路与第一个反馈回路之间的时间延迟差，其可以通过对第二个反馈回路中的可调延迟线的延迟量的调谐而改变。

双环路光电振荡器的振荡频率由两个长环路的振荡条件共同决定，也就是振荡频率需要同时满足

$f_{osc}=\frac{k_2}{{\mathrm{\τ}}_1+\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}}=\frac{k_1}{{\mathrm{\τ}}_1}---\left(3\right)$

由式(3)可以得到双长环路光电振荡器中振荡微波信号的频率f_osc与两个长环路的延迟时间差Δτ之间的关系为

$f_{osc}=\frac{k_2-k_1}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}}---\left(4\right)$

从式(4)中可以看出，为了产生频率为f_osc的微波信号，两个长环路的延迟时间差Δτ应该设置为(k₂-k₁)/f_osc。

另外，当两个长环路延迟时间差设置为Δτ时，将存在一系列的振荡模式，最小振荡频率为f_min＝1/Δτ，此时k₂-k₁＝1。其他振荡模式的频率为最小振荡频率f_min的整数倍，恰当地选择双长环结构光电振荡器中光电探测器的带宽B，可以通过调谐第二个反馈回路中可调延迟线的延迟时间产生调谐范围为B/2至B的单频微波信号。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器，包括激光器(1)、偏振控制器(2)、强度调制器(3)、长光纤(4)、光学耦合器(5)、光电探测器(6)、可调延迟线(7)、电学合成器(8)、功率放大器(9)、功分器(10)，其特征在于：所述的激光器(1)通过偏振控制器(2)连接强度调制器(3)，强度调制器(3)通过长光纤(4)连接光学耦合器(5)，光学耦合器(5)通过光纤与可调延迟线(7)两路分别连接一个光电探测器(6)，两个光电探测器(6)通过电学合成器(8)合并为一路连接在功率放大器(9)输入端，功率放大器(9)输出端与强度调制器(3)分别连接在功分器(10)上。