CN106451033B - 一种具有微波限幅器的光电振荡器 - Google Patents

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Abstract

一种具有微波限幅器的光电振荡器，包括光源和光电环路，其中，光电环路包括依次连接的光调制器、长光纤、光探测器、微波放大器、微波限幅器、微波耦合器、微波带通滤波器和微波移相器。本光电振荡器与常规光电振荡器相比，在光电环路中首次采用了微波限幅器。由于微波限幅器是一种非线性器件，限制了输出微波信号的幅度，使微波放大器工作在线性区，从而避免了由于微波放大器工作在饱和区所引起的振荡器输出信号相位噪声的恶化。与常规的无微波限幅器、且微波放大器工作在饱和区的光电振荡器相比，本发明所述的具有微波限幅器的光电振荡器，解决微波放大器饱和所导致的相位噪声恶化问题，输出振荡信号的相位噪声更低，且结构简单、易于实现。

Description

一种具有微波限幅器的光电振荡器
技术领域
本发明属于微波与光电子技术领域，具体涉及一种具有微波限幅器的光电振荡器。
背景技术
光电振荡器是使用高品质因子(Q值)光储能元件来代替传统微波储能元件的一种新型振荡器，它产生的振荡信号的相位噪声远小于目前的电振荡器。参见授予X·S·姚等人的中国专利第00803073.1号，光电振荡器的基本结构包括一个光源和由一个电光调制器、一段长光延时线(如光纤等)、一个光电探测器、一个微波放大器、一个微波带通滤波器所构成的闭合反馈环路，其中微波带通滤波器的输出信号反馈至电光调制器的微波输入端。在这种结构中，首先由噪声起振，环路增益大于1，此时满足同相叠加条件的频率信号在谐振腔内形成振荡。随着振荡信号功率的增大，环路中的微波放大器逐渐饱和，从而环路增益受到压缩。当增益被压缩至1时振荡信号功率不再增加，最终实现稳定输出。由于工作在饱和状态的微波放大器的相位噪声急剧增大，从而恶化了振荡信号的相位噪声。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种解决微波放大器饱和所导致的相位噪声恶化问题的具有微波限幅器的光电振荡器。
本发明是通过以下技术方案解决上述问题的：一种具有微波限幅器的光电振荡器，包括光源(100)和光电环路(110)，其中，光电环路(110)包括依次连接的光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波限幅器(115)、微波耦合器(116)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)。光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波限幅器(115)、微波耦合器(116)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)构成了一个光电反馈环路。
具体的，一种具有微波限幅器的光电振荡器，包括光源(100)和光电环路(110)，其中，光电环路(110)包括：光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)，其中，光调制器(111)的光输入端与光源(100)的输出端相连，光调制器(111)的光输出端与长光纤(112)的输入端相连，长光纤(112)的输出端与光探测器(113)的输入端相连，微波带通滤波器(117)的输出端与微波移相器(118)的输入端相连，微波移相器(118)的输出端与光调制器(111)的电输入端相连，其特征在于，光电环路(110)还包括微波限幅器(115)和微波耦合器(116)，光探测器(113)的输出端与微波放大器(114)的输入端相连，微波放大器(114)的输出端与微波限幅器(115)的输入端相连，微波限幅器(115)的输出端与微波耦合器(116)的输入端相连，微波耦合器(116)的第一输出端与微波带通滤波器(117)的输入端相连，光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波限幅器(115)、微波耦合器(116)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)构成了一个光电反馈环路，微波耦合器(116)的第二输出端为本光电振荡器的振荡信号输出端。
作为优化的技术方案，微波限幅器(115)的泄漏功率小于微波放大器(114)的输出1dB压缩功率。
作为优化的技术方案，振荡信号输出功率由微波限幅器(115)和微波耦合器(116)共同决定，振荡信号输出功率等于微波限幅器(115)的泄漏功率减去微波耦合器(116)的耦合比。
作为优化的技术方案，所述微波限幅器(115)是PIN二极管限幅器。或者所述微波限幅器(115)是肖特基二极管限幅器。
微波限幅器的工作特性如下：在低的输入微波信号功率时，只有一个很小的插入损耗；在输入高功率信号时，具有较高的信号衰减，只允许一部分称之为“泄漏功率”的微波信号通过，即实现了限幅作用。在光电环路闭环工作时，若微波限幅器的泄漏功率小于微波放大器的1dB压缩功率，则光电环路中运转的最大微波功率受限于微波限幅器的泄漏功率，确保微波放大器工作在线性工作区，避免了由于微波放大器工作在饱和区所引起的振荡器输出信号相位噪声恶化。另外，微波限幅器是无源器件，其相位噪声指标优于微波放大器。因此本发明提出的具有微波限幅器的光电振荡器的相位噪声指标优于常规光电振荡器。
本发明还提供一种一种具有微波限幅器的光电振荡器，其与上述技术方案的区别在于，所述微波限幅器和微波放大器的前后物理位置互换。
此时，优化的，微波限幅器(115)的泄漏功率大于微波放大器(114)的输入1dB压缩功率，其中输入1dB压缩功率等于微波放大器(114)的输出1dB压缩功率减去增益。
作为优化的技术方案，振荡信号输出功率由微波限幅器(115)和微波耦合器(116)共同决定，振荡信号输出功率等于微波限幅器(115)的泄漏功率减去微波耦合器(116)的耦合比。
作为优化的技术方案，所述微波限幅器(115)是PIN二极管限幅器。或者所述微波限幅器(115)是肖特基二极管限幅器。
本发明提出了一种在光电环路中采用微波限幅器的光电振荡器，其优点在于：通过微波限幅器将微波放大器限制在线性工作区，避免了由于微波放大器工作在饱和区所引起的振荡器输出信号相位噪声的恶化。与常规的无微波限幅器、且微波放大器工作在饱和区的光电振荡器相比，本发明所述的具有微波限幅器的光电振荡器，输出信号的相位噪声更低，且结构简单、易于实现。
附图说明
图1是一种具有微波限幅器的光电振荡器原理结构图。
图2微波限幅器的位置改变后的光电振荡器原理结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1，一种具有微波限幅器的光电振荡器，包括光源100和光电环路110。
其中，光电环路110包括：光调制器111、长光纤112、光探测器113、微波放大器114、微波限幅器115、微波耦合器116、微波带通滤波器117和微波移相器118。
其中，光调制器111的光输入端与光源100的输出端相连，光调制器111的光输出端与长光纤112的输入端相连，长光纤112的输出端与光探测器113的输入端相连，光探测器113的输出端与微波放大器114的输入端相连，微波放大器114的输出端与微波限幅器115的输入端相连，微波限幅器115的输出端与微波耦合器116的输入端相连，微波耦合器116的第一输出端与微波带通滤波器117的输入端相连，微波带通滤波器117的输出端与微波移相器118的输入端相连，微波移相器118的输出端与光调制器111的电输入端相连。微波耦合器116的第二输出端为本光电振荡器的振荡信号输出端。
所述微波限幅器115可以是PIN二极管限幅器，也可以是肖特基二极管限幅器。
所述微波放大器114、微波限幅器115的位置可以相互调换。因此，存在两种具体情况：
(1)、具体情况1。如图1所示，微波放大器114的输出端与微波限幅器115的输入端相连，为避免微波放大器114工作在饱和区，要求微波限幅器115的泄漏功率小于微波放大器114的输出1dB压缩功率。从而在光电振荡器闭环工作时，微波放大器114的输出功率等于微波限幅器115的泄漏功率，确保微波放大器114工作在线性区。
(2)、具体情况2。如图2所示，光探测器113的输出端与微波限幅器115的输入端相连、微波限幅器115的输出端与微波放大器114的输入端相连、微波放大器114的输出端与微波耦合器116的输入端相连。图2与图1唯一不同的地方在于微波限幅器和微波放大器的前后位置不同。为避免微波放大器工作在饱和区，要求微波限幅器的泄漏功率小于微波放大器的输入1dB压缩功率，其中，输入1dB压缩功率定义为：输出1dB压缩功率减去增益(对数值相减)。在光电振荡器闭环工作时，微波放大器的输出功率小于输出1dB压缩功率，从而确保微波放大器工作在线性区。
以具体情况1为例进一步说明，令微波限幅器115、微波耦合器116、微波带通滤波器117和微波移相器118的总插损为5dB；微波信号输入光调制器111的电输入端，经过长光纤112，并由光探测器113输出微波信号，令这一过程导致的插损为25dB。则整个光电环路110的插损为30dB，因此要求微波放大器114的增益大于30dB，才能满足环路振荡的必要条件。
令微波限幅器115的泄漏功率为10dBm，则光电振荡器闭环稳定工作情况下，经过微波耦合器116、微波带通滤波器117和微波移相器118后输入光调制器111的功率为5dBm，光探测器113输出功率为-20dBm。若微波放大器114的增益为31dB，则微波放大器114的输出功率为11dBm，因此微波放大器114的1dB压缩功率(或饱和功率)大于11dBm即可确保微波放大器114不工作在饱和状态。可根据实际中使用的微波放大器114的1dB压缩功率来设计微波限幅器115的泄漏功率。目前，商用的低噪声放大器的1dB压缩功率大于11dBm，因此采用限幅器的光电振荡器技术方案是工程可行的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有微波限幅器的光电振荡器，包括光源(100)和光电环路(110)，其中，光电环路(110)包括：光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)，其中，光调制器(111)的光输入端与光源(100)的输出端相连，光调制器(111)的光输出端与长光纤(112)的输入端相连，长光纤(112)的输出端与光探测器(113)的输入端相连，微波带通滤波器(117)的输出端与微波移相器(118)的输入端相连，微波移相器(118)的输出端与光调制器(111)的电输入端相连，其特征在于，还包括微波限幅器(115)和微波耦合器(116)，光探测器(113)的输出端与微波放大器(114)的输入端相连，微波放大器(114)的输出端与微波限幅器(115)的输入端相连，微波限幅器(115)的输出端与微波耦合器(116)的输入端相连，微波耦合器(116)的第一输出端与微波带通滤波器(117)的输入端相连，光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波限幅器(115)、微波耦合器(116)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)构成了一个光电反馈环路，微波耦合器(116)的第二输出端为本光电振荡器的振荡信号输出端；微波限幅器(115)的泄漏功率小于微波放大器(114)的输出1dB压缩功率。
2.根据权利要求1所述的一种具有微波限幅器的光电振荡器，其特征在于，振荡信号输出功率由微波限幅器(115)和微波耦合器(116)共同决定，振荡信号输出功率等于微波限幅器(115)的泄漏功率减去微波耦合器(116)的耦合比。
3.根据权利要求1所述的一种具有微波限幅器的光电振荡器，其特征在于，所述微波限幅器(115)是PIN二极管限幅器。
4.根据权利要求1所述的一种具有微波限幅器的光电振荡器，其特征在于，所述微波限幅器(115)是肖特基二极管限幅器。
5.一种具有微波限幅器的光电振荡器，包括光源(100)和光电环路(110)，其中，光电环路(110)包括：光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波放大器(114)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)，其中，光调制器(111)的光输入端与光源(100)的输出端相连，光调制器(111)的光输出端与长光纤(112)的输入端相连，长光纤(112)的输出端与光探测器(113)的输入端相连，微波带通滤波器(117)的输出端与微波移相器(118)的输入端相连，微波移相器(118)的输出端与光调制器(111)的电输入端相连，其特征在于，还包括微波限幅器(115)和微波耦合器(116)，光探测器(113)的输出端与微波限幅器(115)的输入端相连，微波限幅器(115)的输出端与微波放大器(114)的输入端相连，微波放大器(114)的输出端与微波耦合器(116)的输入端相连，微波耦合器(116)的第一输出端与微波带通滤波器(117)的输入端相连，光调制器(111)、长光纤(112)、光探测器(113)、微波限幅器(115)、微波放大器(114)、微波耦合器(116)、微波带通滤波器(117)和微波移相器(118)构成了一个光电反馈环路，微波耦合器(116)的第二输出端为本光电振荡器的振荡信号输出端；微波限幅器(115)的泄漏功率大于微波放大器(114)的输入1dB压缩功率，其中输入1dB压缩功率等于微波放大器(114)的输出1dB压缩功率减去增益。
6.根据权利要求5所述的一种具有微波限幅器的光电振荡器，其特征在于，振荡信号输出功率由微波限幅器(115)和微波耦合器(116)共同决定，振荡信号输出功率等于微波限幅器(115)的泄漏功率减去微波耦合器(116)的耦合比。
7.根据权利要求5所述的一种具有微波限幅器的光电振荡器，其特征在于，所述微波限幅器(115)是PIN二极管限幅器。
8.根据权利要求5所述的一种具有微波限幅器的光电振荡器，其特征在于，所述微波限幅器(115)是肖特基二极管限幅器。
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