CN106654810A - 一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器 - Google Patents

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张豪杰
闫海涛
王永贞
刘鹏程
李国成
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Abstract

本发明涉及微波信号生成技术领域，具体涉及一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器。一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，包括高功率窄线宽激光光源、光路部分和电路部分，所述从窄线宽激光光源发射出的光沿光纤传播方向依次经过光路部分和电路部分，所述光路部分包括依次连接的电光强度调制器、保偏耦合器一、保偏耦合器二、光学微腔和PD阵列，所述的电路部分包括依次连接的电耦合器、第一级放大器、带通滤波器、第二级放大器和10dB耦合器，所述的PD阵列将探测到的光信号转化为电信号经过电路部分的电耦合器耦合后进行放大，所述的10dB耦合器的直通端连接光路部分的光电调制器，从而整个传播线路构成环路。

Description

一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器
技术领域
本发明涉及微波信号生成技术领域，具体涉及一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器。
背景技术
光电振荡器是一种近年来广受关注的光生微波技术。光电振荡器产生的高频信号的性能与频率无关，因此可产生高频谱纯度、高稳定性和低相位噪声的微波信号，同时具有可生成光信号和电信号的特点，在当前军事、通讯等领域中有着非常广泛的应用。
常见的光电振荡器结构有单环、双环以及耦合型，然而对于单环光电振荡器来说，长光纤易受外界因素影响以及易产生多模振荡从而影响相位噪声；双环光电振荡器的核心思想是利用两个长短相差较大的光纤环路，分别形成腔长不同的反馈回路，双环虽说在边摸抑制技术上有显著效果，但是牺牲了环腔的高品质因子且受滤波器的影响不易实现单模起振；耦合型光电振荡器是在光纤激光回路与光电振荡回路共享一个电光强度调制器，光纤回路中促使光纤激光器进行主动锁模，使得光纤激光回路中的模式相位同相，但是光电振荡回路和光纤激光回路都对振荡条件有着苛刻的要求，任意一个回路的微小波动都会破坏振荡条件，从而降低系统长期频率稳定性。
随着光电子学的发展，各种光电子器件性能的提高，光生微波技术必然迈向更高的频率领域。解决环腔高品质因子及实现单模起振，是高性能光电振荡器发展的两个决定性因素。性能的提高、尺寸的优化和成本的降低是光电振荡器走向实用化的必然趋势。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题提供一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，该发明解决了环路多模起振以及有效降低了系统成本等问题，同时利用封装技术消除了外界因素对光学微腔的影响，提高了系统的长期稳定性。
本发明提供的技术方案是：
一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，包括高功率窄线宽激光光源、光路部分和电路部分，所述从窄线宽激光光源发射出的光沿光纤传播方向依次经过光路部分和电路部分，所述光路部分包括依次连接的电光强度调制器、保偏耦合器一、保偏耦合器二、光学微腔和PD阵列，所述的电路部分包括依次连接的电耦合器、第一级放大器、带通滤波器、第二级放大器和10dB耦合器，所述的PD阵列将探测到的光信号转化为电信号经过电路部分的电耦合器耦合后进行放大，所述的10dB耦合器的直通端连接光路部分的电光强度调制器，从而整个传播线路构成环路。
具体的，所述光路部分的光传播全部通过保偏光纤连接传输。
具体的，所述的光学微腔封装在玻璃管内，玻璃管的两端利用与光纤温度伸缩系数相反的材料进行封装。
优选的，所述的耦合器一采用分光比为99:1的保偏耦合器，1%的偏振光输出，其余的光进入保偏耦合器二中。
具体的，所述每个光学微腔组成一条光学微腔支路，为了保持环腔单个模式振荡，至少有五条光学微腔支路，而每一条支路都连接一个PD探测。
要实现低相噪，要求光纤储能时间要长，长光纤将会导致模式间隔变窄，对带通滤波器的3dB带宽要求就高，这样才可以选出所需要的振荡模式，这对微波带通滤波器是很难实现的。为了实现环腔单模起振达到降低相位噪声的目的，本发明利用光学微腔的高品质因子代替长光纤保证了储能时间，通过多环路不同高品质因子光学微腔的传输特性，在环腔内实现单模起振，消除多模起振附加的相位噪声实现超低相噪。本发明环路采用体积小、品质因子高的光学微腔作为光储能介质，有效降低了外界因素对环腔的影响，减小了系统体积；采用封装技术进一步消除外界因素对光学微腔的影响，保证系统长期稳定性；系统采用多环路结构来实现单模起振，降低相噪；光路部分全部采用保偏光纤避免在光纤传输过程中偏振态对模式漂移产生影响；为了避免光干涉对相噪的影响，系统采用PD阵列和电耦合器在电域方面进行耦合，利用多环的游标效应可以达到很好的选模与稳频效果。本发明解决了环路多模起振以及有效降低了系统成本等问题，同时利用封装技术消除了外界因素对光学微腔的影响，提高了系统的长期稳定性。
附图说明
图1是本发明系统结构图。
1窄线宽激光光源 2电光强度调制器 3保偏耦合器一 4保偏光纤
5保偏耦合器二 6玻璃管 7光学微腔 8 PD阵列 9 电耦合器
10 第一级放大器 11带通滤波器 12第二级放大器 13 10dB耦合器 。
具体实施方式
如图所示为一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器的结构示意图，包括高功率窄线宽激光光源1、光路部分和电路部分，所述从窄线宽激光光源1发射出的光沿光纤传播方向依次经过光路部分和电路部分，所述光路部分包括依次连接的电光强度调制器2、保偏耦合器一3、保偏耦合器二5、光学微腔7和PD阵列8，所述的电路部分包括依次连接的电耦合器9、第一级放大器10、带通滤波器11、第二级放大器12和10dB耦合器13，所述的PD阵列8将探测到的光信号转化为电信号经过电路部分的电耦合器9耦合后进行放大，所述的10dB耦合器13的直通端连接光路部分的光电强度调制器2，从而整个传播线路构成环路。
所述光路部分的光传播通过保偏光纤4连接。所述的光学微腔7封装在玻璃管6内，玻璃管6的两端利用与光纤温度伸缩系数相反的材料进行封装。所述的保偏耦合器一3采用分光比为99:1的保偏耦合器，1%的偏振光输出，其余的光进入保偏耦合器二5中，环路中利用高品质因子的光学微腔作为储能介质。所述每个光学微腔7组成一条光学微腔支路，至少有五条光学微腔支路，而每一条支路都连接一个PD探测。PD阵列8将探测到的光信号转化为电信号经过电耦合器9耦合后进行第一级放大，通过带通滤波器11滤除所需的微波频率经第二级放大器12进一步放大，环路增益大于环路损耗增益时，即满足环路起振条件，在10dB耦合器13的耦合端就会有10dBm强度的微波信号输出。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，包括高功率窄线宽激光光源（1）、光路部分和电路部分，其特征在于，所述从窄线宽激光光源（1）发射出的光沿光纤传播方向依次经过光路部分和电路部分，所述光路部分包括依次连接的电光强度调制器（2）、保偏耦合器一（3）、保偏耦合器二（5）、光学微腔（7）和PD阵列（8），所述的电路部分包括依次连接的电耦合器（9）、第一级放大器（10）、带通滤波器（11）、第二级放大器（12）和10dB耦合器（13），所述的PD阵列（8）将探测到的光信号转化为电信号经过电路部分的电耦合器（9）耦合后进行放大，所述的10dB耦合器（13）的直通端连接光路部分的电光强度调制器（2），从而整个传播线路构成环路。
2.根据权利要求1所述一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，其特征在于，所述光路部分的光传播全部通过保偏光纤（4）连接传输。
3.根据权利要求1所述一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，其特征在于，所述的光学微腔（7）封装在玻璃管（6）内，玻璃管（6）的两端利用与光纤温度伸缩系数相反的材料进行封装。
4.根据权利要求1所述一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，其特征在于，所述的保偏耦合器一（3）采用分光比为99:1的保偏耦合器，1%的偏振光输出，其余的光进入保偏耦合器二（5）中。
5.根据权利要求1所述一种多环路光学微腔低相噪光电振荡器，其特征在于，所述每个光学微腔（7）组成一条光学微腔支路，至少有五条光学微腔支路，而每一条支路都连接一个PD探测。
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