CN106785811A - 一种互耦合光电振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互耦合光电振荡器。该互耦合光电振荡器包括：FP激光器及光电振荡环路，其中FP激光器，用于产生多纵模激射，并将多纵模激射发送至光电振荡环路；接收光电振荡环路产生的注入信号，在注入信号的驱动下完成模式锁定，产生模式锁定后的多纵模激射；光电振荡环路，用于接收FP激光器发送的多纵模激射，产生注入信号，并注回FP激光器；接收FP激光器发送的模式锁定后的多纵模激射，并根据模式锁定后的多纵模激射输出光脉冲信号和微波信号。借助于本发明的技术方案，极大地减小了系统的体积、降低了成本，并且可以在不使用微波窄带滤波器的条件下获得高频、低阈值的微波振荡，解决了微波滤波器对于工作频率的限制。

Description

一种互耦合光电振荡器

技术领域

本发明涉及移动通讯领域，特别是涉及一种互耦合光电振荡器。

背景技术

光电振荡器(Optoelectronic Oscillator，以下简称OEO)作为高频、低相位噪声的微波信号发生器在光纤通信，无线通信，雷达系统，传感系统，高精度测量和精密仪器等领域中均具有重要的应用价值。OEO是一个光电混合型正反馈振荡环路，其采用高Q值、低损耗的延时光纤作为时间延迟和储能单元，从而产生高纯度、低相位噪声的微波信号。OEO的一个显著特点是：其输出微波信号的相位噪声与工作频率无关，这相对于电子学微波振荡器是个巨大的优势。

互耦合光电振荡器(Coupled Optoelectronic Oscillator,以下简称COEO)在传统OEO的基础上，采用光纤环形腔激光器作为光源，利用振荡环路中产生的微波信号进行模式锁定，实现了微波信号和光脉冲信号的同步输出。其作为高质量光脉冲源，在高速光通信系统、信号检测系统、电子信息处理系统中均具有重要应用。

目前，现有的COEO结构仍存在以下两方面的缺点：

(1)电滤波器对工作频率的限制。COEO环路中需要一个高Q值的窄带电滤波器进行选模。要实现单频工作，滤波器的带宽要小于环路的模式间距(MHz量级)，这在高频时很难实现，且成本较高，限制了其应用范围。

(2)系统的小型化、集成化问题。COEO的振荡环路中，光纤激光器、延时光纤及众多分立器件的使用使得整个系统的体积较大、成本较高、可靠性较差，难以大规模生产并实际应用。

发明内容

为了克服目前COEO中环路结构复杂、体积较大、稳定性差、重频受限等缺点，本发明提供了一种互耦合光电振荡器。

本发明提供的一种互耦合光电振荡器，包括：FP激光器、及光电振荡环路：

所述FP激光器，用于产生多纵模激射，并将所述多纵模激射发送至所述光电振荡环路；接收所述光电振荡环路产生的注入信号，在所述注入信号的驱动下完成模式锁定，产生模式锁定后的多纵模激射；

所述光电振荡环路，用于接收所述FP激光器发送的多纵模激射，产生注入信号，并注回所述FP激光器；接收所述FP激光器发送的模式锁定后的多纵模激射，并根据所述模式锁定后的多纵模激射输出光脉冲信号和微波信号。

本发明有益效果如下：

本发明实施例的互耦合光电振荡器采用FP激光器(法布里珀罗激光器)作为多波长光源，代替传统COEO中的光纤激光器，极大地减小了系统的体积、降低了成本，并且可以利用FP激光器的模式拍频实现主动光子滤波，在不使用微波窄带滤波器的条件下获得高频、低阈值的微波振荡，解决了微波滤波器对于工作频率的限制，实现高质量微波信号和光脉冲的同步输出。

附图说明

图1是本发明实施例的互耦合光电振荡器的结构示意图；

图2是本发明实施例实例1的互耦合光电振荡器的结构示意图；

图3是本发明实施例实例2的互耦合光电振荡器的结构示意图；

图4是本发明实施例实例3的互耦合光电振荡器的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了克服目前COEO中环路结构复杂、体积较大、稳定性差、重频受限等缺点，本发明提供了一种互耦合光电振荡器，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

根据本发明的实施例，提供了一种互耦合光电振荡器，图1是本发明实施例的互耦合光电振荡器的结构示意图，如图1所示，根据本发明实施例的互耦合光电振荡器包括：FP激光器10、及光电振荡环路20，以下对本发明实施例的各个模块进行详细的说明。

具体地，所述FP激光器10，用于产生多纵模激射，并将所述多纵模激射发送至所述光电振荡环路20；接收所述光电振荡环路20产生的注入信号，在所述注入信号的驱动下完成模式锁定，产生模式锁定后的多纵模激射；

所述光电振荡环路20，用于接收所述FP激光器10发送的多纵模激射，产生注入信号，并注回所述FP激光器10；接收所述FP激光器10发送的模式锁定后的多纵模激射，并根据所述模式锁定后的多纵模激射输出光脉冲信号和微波信号。

所述FP激光器在所述注入信号的调制下，多纵模激射的每个模式周围产生调制边带，通过所述调制边带对邻近位置所述多纵模激射中模式的锁定，完成所述多纵模激射中各个模式之间的相互锁定，产生模式锁定后的多纵模激射。

作为第一种具体的实施方式，所述光电振荡环路包括第一光电振荡回路，所述第一光电振荡回路包括第二光耦合器、光电探测器、微波放大器、及微波功分器；

所述第二光耦合器，用于接收所述FP激光器产生的多纵模激射，按照预设的第二功率比将所述多纵模激射分为两部分，其中一部分发送至所述光电探测器；另一部分作为光脉冲信号输出；

所述光电探测器，用于接收所述第二光耦合器发送的部分所述光信号，并转换为电信号；

所述微波放大器，用于将所述电信号按照预设的放大倍数进行放大；

所述微波功分器，用于按照预设的第三功率比将放大后的所述电信号分为两部分，其中一部分作为微波信号输出至外部，另一部分作为所述注入信号注入FP激光器。

作为第二种具体的实施方式，所述光电振荡环路在第一种具体实施方式的基础上还包括第一光环形器、第一光耦合器及第一光注入线路；所述第一光环形器的三端分别与所述FP激光器、所述第一光注入线路、所述第一光耦合器相连；所述第一光耦合器的另外两端分别与所述第一光注入线路、第二光耦合器相连；

其中，所述第一光环形器、第一光耦合器、第一光电振荡回路组成第二光电振荡回路；所述第一光环形器、第一光耦合器、第一光注入线路组成第一光注入回路；

所述第一光耦合器，用于通过所述第一光环形器接收所述FP激光器发送的所述多纵模激射，按照预设的第一功率比将所述多纵模激射分为两部分，其中一部分发送至所述第一光电振荡回路，另一部分发送至所述第一光注入线路；

所述第一光注入线路，用于接收所述第一光耦合器发送的部分所述多纵模激射进行偏振处理后通过所述第一光环形器发送至所述FP激光器；

所述第二光电振荡回路的微波功分器发送的部分放大后的电信号、及所述第一光注入回路发送的部分经过偏振处理后的多纵模激射共同作为为注入信号。

作为第三种具体的实施方式，所述光电振荡环路在第一种具体实施方式的基础上还包括第二光环形器、第二光注入线路、光电调制器及第三光耦合器；

所述第二光环形器分别与所述FP激光器、所述第二光耦合器、所述光电调制器相连；所述第二光耦合器与所述第三光耦合器通过所述第二光注入线路相连；所述第三光耦合器还与所述光电调制器相连；

其中，所述第二光环形器、第一光电振荡回路、光电调制器组成第三光电振荡回路；所述第二光环形器、第二光耦合器、第二光注入线路、第三光耦合器、及光电调制器组成第二光注入回路；

所述第二光耦合器，用于通过所述第二光环形器接收所述FP激光器产生的多纵模激射，按照预设的第二功率比将所述多纵模激射分为两部分，其中一部分发送至所述光电探测器；另一部分通过所述第二光注入线路发送至所述第三光耦合器；

所述第三光耦合器，用于按照预设的第三功率比将所述光信号分为两部分，其中一部分发送至所述光电调制器，另一部分作为光脉冲信号输出；

所述光电调制器，用于接收所述第三光耦合器发送的部分光信号、及所述微波功分器输出的部分电信号，在所述电信号的驱动下对所述光信号进行调制，并将调制后的光信号作为注入信号通过所述光环形器发送至所述FP激光器。

在本发明实施例中光电振荡回路包括第一光电振荡回路、第二光电振荡回路、第三光电振荡回路；光注入回路包括第一光注入回路、第二光注入回路。

优选的，本发明实施例所述的互耦合光电振荡器，还包括单模光纤。所述单模光纤，用于加入到所述光电振荡回路和/或光注入回路，以调节所述光电振荡回路与所述光注入回路的长度比。

优选的，本发明实施例所述的互耦合光电振荡器的光电振荡回路中还包括高Q值光学谐振腔。所述高Q值光学谐振腔，用于提升所述光电振荡回路的Q值。具体的，所述高Q值光学谐振腔选取单模光纤、回音廊模谐振腔中的一种。

优选的，本发明实施例所述的互耦合光电振荡器的光注入回路中还包括偏振控制器。所述偏振控制器，用于控制所述光注入回路中光信号的偏振状态。

优选的，本发明实施例所述的互耦合光电振荡器的所述光电振荡回路中还包括光纤延迟线。所述光纤延迟线，用于调节所述光电振荡回路中光信号的相位。

优选的，本发明实施例所述的互耦合光电振荡器的光注入回路中还包括可调光衰减器。所述可调光衰减器，用于控制所述光注入回路中通过环形器注入所述FP激光器的光功率。

本发明实施例采用多波长FP激光器作为互耦合光电振荡器的光源和微波光子滤波器，极大地减小了系统的体积、降低了成本，并提出利用FP激光器的模式拍频实现主动光子滤波，在不使用微波窄带滤波器的条件下获得高频、低阈值的微波振荡，解决了微波滤波器对于工作频率的限制。同时利用环路中产生的微波信号注入锁定FP激光器，实现高质量微波信号和光脉冲的同步输出。

为了更加详细的说明上述第一种具体的实施方式，给出实例1，一种基于直接调制FP激光器的互耦合光电振荡器。

图2是本发明实施例实例1的互耦合光电振荡器的结构示意图。其结构包括：FP激光器(FP)，用于产生等模式间距的多纵模激射，其模式间距与腔长直接相关，可以通过解理不同的腔长获得不同模式间距的多纵模激射；光耦合器(OC)，用于将FP激光器(FP)出射的光信号按照预设的功率比部分送入反馈回路，部分输出；光纤延迟线(DELAY)，用于调节振荡回路中光信号的相位，使其和FP激光器(FP)出射的光信号相位匹配，以便达到最优输出；单模光纤(SMF)，用于调节振荡回路的长度，提高回路的Q值，其长度从1米到10千米不等；光电探测器(PD)，用于接收振荡回路中的光信号，并将其转化为电信号；微波放大器(EA)，用于接收光电探测器(PD)产生的电信号，并将其按照预设的放大倍数进行放大，使整个光电振荡器系统的增益大于振荡阈值；微波功分器(EC)，其端口1用于接收微波放大器(EA)放大后的电信号，并按照预设的功率比，将部分电信号(端口2)注入FP激光器(FP)，对其进行直接调制，部分电信号(端口3)输出。

为了更加详细的说明上述第二种具体的实施方式，给出实例2，一种基于直接调制FP激光器的互耦合双环光电振荡器。

图3是本发明实施例实例2的互耦合光电振荡器的结构示意图。其结构包括：FP激光器(FP)，用于产生等模式间距的多纵模激射，其模式间距与腔长直接相关，可以通过解理不同的腔长获得不同模式间距的多纵模激射；光环形器(Circulator)，该光环形器(Circulator)的1端口用于接收光注入回路②的光信号，2端口用于将接收到的信号注入回FP激光器(FP)，同时接收FP激光器(FP)产生的光信号，3端口用于将接收到的FP激光器(FP)输出的光信号送入光电振荡回路①和光注入回路②，该光环形器(Circulator)保证光电振荡回路①和光注入回路②中的光信号只能按照上述方向单行传输；光耦合器(OC1)，该光耦合器(OC1)用于接收光环形器(Circulator)3端口输出的光信号，并按照预设的功率比分为两部分，一部分送入光电振荡回路①，另一部分送入光注入回路②；单模光纤(SMF1)，该单模光纤(SMF1)接入光注入回路②中，用于使光电振荡回路①和光注入回路②产生光程差，以获得边模压制效果，该单模光纤(SMF1)的长度从1米到10千米不等；可调光衰减器(VOA)，该可调光衰减器(VOA)用于控制光注入回路②中注入回FP激光器(FP)的光功率，使FP激光器(FP)实现更好的注入锁定效果；偏振控制器(PC)，该偏振控制器(PC)用于控制光注入回路②中注入回FP激光器(FP)的光信号的偏振状态，进而使注入信号的偏振状态与FP激光器(FP)相匹配，实现注入锁定；单模光纤(SMF2)，该单模光纤(SMF2)接入光电振荡回路①中，用于使光电振荡回路①和光注入回路②产生光程差，以获得边模压制效果，该单模光纤(SMF2)的长度从1米到10千米不等；光耦合器(OC2)，用于将光电振荡回路①中的光信号按照预设的功率比部分送回振荡回路，部分输出；光电探测器(PD)，将光电振荡回路①中送入光电探测器(PD)的光信号转化为电信号；微波放大器(EA)，用于接收光电探测器(PD)产生的电信号，并将其按照预设的放大倍数进行放大，使整个光电振荡器系统的增益大于振荡阈值；微波功分器(EC)，其端口1用于接收微波放大器(EA)放大后的电信号，并按照预设的功率比，将部分电信号(端口2)注入FP激光器(FP)，对其进行直接调制，部分电信号(端口3)输出。

为了更加详细的说明上述第三种具体的实施方式，给出实例3，一种基于外调制FP激光器的互耦合光电振荡器。

图4是本发明实施例实例3的互耦合光电振荡器的结构示意图，如图1所示，包括：FP激光器a，用于产生等模式间距的多纵模激射，其模式间距与腔长直接相关，可以通过解理不同的腔长获得不同模式间距的多纵模激射。光环形器b，其端口2与FP激光器a连接，用于将FP激光器a出射的光信号通过端口3送入反馈回路，同时，其端口1接收反馈回路的光信号，将其注入回FP激光器a，且保证光电振荡回路①和光注入回路②中的光信号只能按照上述方向单行传输。光耦合器c，用于将光环行器b端口3输出的光信号按照预设的功率比部分送入光电振荡回路①，部分送入光注入回路②；光电探测器d，用于将光耦合器c送入光电振荡回路①的光信号转化为电信号；微波放大器e，用于接收光电探测器d产生的电信号，并将其按照预设的放大倍数进行放大，使光电振荡器系统的增益大于振荡阈值；微波功分器f，用于接收微波放大器e放大后的电信号，并按照预设的功率比将部分电信号用于驱动光电调制器h，部分电信号输出；光耦合器g，用于接收光耦合器c送入光注入回路②的光信号，并按照预设的功率比将部分光信号送入光电调制器h，部分输出；光电调制器h，用于对FP激光器a输出并送入光注入回路②的信号进行调制，使FP激光器a输出的各个纵模产生调制边带，进而利用调制边带锁定邻近纵模，产生锁模脉冲。

上述的互耦合光电振荡器，其光电振荡回路①的Q值可以通过在光环行器b和光电调制器h之间加入一段单模光纤或加入高Q值光学谐振腔进行提升；其光电振荡回路①和光注入回路②的环路长度比可以通过在光耦合器c和光耦合器g之间加入一段单模光纤进行控制；其注入回FP激光器a的光信号的偏振状态可以通过在光环器b和光电调制器h之间加入一偏振控制器实现，其光电振荡回路①中光信号的相位可以通过在光环器b和光电调制器h之间加入一光纤延迟线进行调节，以便达到最优输出。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种互耦合光电振荡器，其特征在于，包括：FP激光器、及光电振荡环路：

所述FP激光器，用于产生多纵模激射，并将所述多纵模激射发送至所述光电振荡环路；接收所述光电振荡环路产生的注入信号，在所述注入信号的驱动下完成模式锁定，产生模式锁定后的多纵模激射；

所述光电振荡环路，用于接收所述FP激光器发送的多纵模激射，产生注入信号，并注回所述FP激光器；接收所述FP激光器发送的模式锁定后的多纵模激射，并根据所述模式锁定后的多纵模激射输出光脉冲信号和微波信号。

2.如权利要求1所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡环路包括第一光电振荡回路，所述第一光电振荡回路包括第二光耦合器、光电探测器、微波放大器、及微波功分器；

所述第二光耦合器，用于接收所述FP激光器产生的多纵模激射，按照预设的第二功率比将所述多纵模激射分为两部分，其中一部分发送至所述光电探测器；另一部分作为光脉冲信号输出；

所述光电探测器，用于接收所述第二光耦合器发送的部分所述光信号，并转换为电信号；

所述微波放大器，用于将所述电信号按照预设的放大倍数进行放大；

所述微波功分器，用于按照预设的第三功率比将放大后的所述电信号分为两部分，其中一部分作为微波信号输出至外部，另一部分作为所述注入信号注入FP激光器。

3.如权利要求2所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡环路还包括第一光环形器、第一光耦合器及第一光注入线路；所述第一光环形器的三端分别与所述FP激光器、所述第一光注入线路、所述第一光耦合器相连；所述第一光耦合器的另外两端分别与所述第一光注入线路、第二光耦合器相连；

其中，所述第一光环形器、第一光耦合器、第一光电振荡回路组成第二光电振荡回路；所述第一光环形器、第一光耦合器、第一光注入线路组成第一光注入回路；

所述第一光耦合器，用于通过所述第一光环形器接收所述FP激光器发送的所述多纵模激射，按照预设的第一功率比将所述多纵模激射分为两部分，其中一部分发送至所述第一光电振荡回路，另一部分发送至所述第一光注入线路；

所述第一光注入线路，用于接收所述第一光耦合器发送的部分所述多纵模激射进行偏振处理后通过所述第一光环形器发送至所述FP激光器；

所述第二光电振荡回路的微波功分器发送的部分放大后的电信号、及所述第一光注入回路发送的部分经过偏振处理后的多纵模激射共同作为为注入信号。

4.如权利要求2所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡环路还包括第二光环形器、第二光注入线路、光电调制器及第三光耦合器；

所述第二光环形器分别与所述FP激光器、所述第二光耦合器、所述光电调制器相连；所述第二光耦合器与所述第三光耦合器通过所述第二光注入线路相连；所述第三光耦合器还与所述光电调制器相连；

其中，所述第二光环形器、第一光电振荡回路、光电调制器组成第三光电振荡回路；所述第二光环形器、第二光耦合器、第二光注入线路、第三光耦合器、及光电调制器组成第二光注入回路；

所述第二光耦合器，用于通过所述第二光环形器接收所述FP激光器产生的多纵模激射，按照预设的第二功率比将所述多纵模激射分为两部分，其中一部分发送至所述光电探测器；另一部分通过所述第二光注入线路发送至所述第三光耦合器；

所述第三光耦合器，用于按照预设的第三功率比将所述光信号分为两部分，其中一部分发送至所述光电调制器，另一部分作为光脉冲信号输出；

所述光电调制器，用于接收所述第三光耦合器发送的部分光信号、及所述微波功分器输出的部分电信号，在所述电信号的驱动下对所述光信号进行调制，并将调制后的光信号作为注入信号通过所述光环形器发送至所述FP激光器。

5.如权利要求2～4任一项所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，还包括单模光纤：

所述单模光纤，用于加入到所述光电振荡回路和/或光注入回路，以调节所述光电振荡回路与所述光注入回路的长度比，其中，所述光电振荡回路包括第一光电振荡回路、第二光电振荡回路、第三光电振荡回路；所述光注入回路包括第一光注入回路、第二光注入回路。

6.如权利要求2～4任一项所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡回路还包括高Q值光学谐振腔：

所述高Q值光学谐振腔，用于提升所述光电振荡回路的Q值，其中，所述所述光电振荡回路包括第一光电振荡回路、第二光电振荡回路、第三光电振荡回路。

7.如权利要求6所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述高Q值光学谐振腔选取单模光纤、回音廊模谐振腔中的一种。

8.如权利要求2～4任一项所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光注入回路中还包括偏振控制器：

所述偏振控制器，用于控制所述光注入回路中光信号的偏振状态，其中，所述光注入回路包括第一光注入回路、第二光注入回路。

9.如权利要求2～4任一项所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡回路还包括光纤延迟线：

所述光纤延迟线，用于调节所述光电振荡回路中光信号的相位，其中，所述光电振荡回路包括第一光电振荡回路、第二光电振荡回路、第三光电振荡回路。

10.如权利要求2～4任一项所述的互耦合光电振荡器，其特征在于，所述光注入回路中还包括可调光衰减器：

所述可调光衰减器，用于控制所述光注入回路中通过环形器注入所述FP激光器的光功率，其中，所述光注入回路包括第一光注入回路、第二光注入回路。