CN109256657A - 基于非线性调制的光电振荡器和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了基于非线性调制的光电振荡器，该光电振荡器包括：调制单元，在非线性工作状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；光电转换单元，将调制的光信号分为两路信号，一路进行光电转换，输出光电信号，另一路传输至非线性调制单元；控制单元，基于调制的光信号，产生用于将调制单元的工作状态调整至非线性工作状态的非线性调制电压；输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。本方案能够针对光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声进行优化，近载频相位噪声可以优化15dB以上；本方案结构简单，不但保持了光电振荡器的相位噪声特色，还能够保证不随频率的提升而产生恶化。

Description

基于非线性调制的光电振荡器和控制方法

技术领域

本申请涉及振荡器装置领域，特别涉及一种基于非线性调制的光电振荡器和控制方法。

背景技术

由于光腔远优于传统微波腔的品质因数，光电振荡器的相位噪声非常优越，而且其最显著的优点就是输出信号的相位噪声不随频率的提高而产生恶化。尽管光电振荡器的相位噪声非常优越，但是其最大的缺点就是近载频相位噪声较差，尤其是频偏10Hz～1kHz内的相位噪声指标较差。目前国内外的光电振荡器的结构主要是三种，分别是单环结构、双环结构和多环结构，包括激光器、电光调制器、光耦合器、光纤环、光电探测器、射频滤波器、微波放大器和电耦合器等。这些结构中的电光调制采用的是线性调制，要求电光调制器工作在线性状态下，保证电光调制输出的光信号功率最大。

这些不同结构的目的是改善光电振荡器的边模抑制，但起不到优化近载频相位噪声的作用，通常为了改善光电振荡器的近载频相位噪声，是采用锁定高稳晶振或原子频率标准的方式进行，但是采用这种传统的微波锁相模式，缺点是非常明显的：1、采用传统的微波锁相模式，电路构造复杂，失去了光电振荡器结构简单的特点；2、采用传统的微波锁相模式构成的光电振荡器，近载频相位噪声随着频率的提高而成比例的产生恶化，完全失去了光电振荡器原有的相位噪声不随频率提高而恶化的特色。

发明内容

为解决上述问题之一，本申请提供了一种基于非线性调制的光电振荡器和控制方法。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于非线性调制的光电振荡器，该光电振荡器包括：

调制单元，在非线性工作状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；

光电转换单元，将调制的光信号分为两路信号，一路进行光电转换，输出光电信号，另一路传输至非线性调制单元；

控制单元，基于调制的光信号，产生用于将调制单元的工作状态调整至非线性工作状态的非线性调制电压；

输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

优选地，所述调制单元采用电光调制器2；

所述电光调制器2的第一输入端用于接收激光束；其第二输入端与控制单元连接；其第三输入端与输出单元连接；其输出端与光电转换单元连接。

优选地，所述光电转换单元包括：光耦合器3，将调制的光信号分为第一路光信号和第二路光信号；

沿第一路光信号依次设置有光纤环4和光电探测器5；

所述第二路光信号作为控制信号传输至非线性调制单元。

优选地，所述非线性调制单元包括：

光功率计9，实时监测光信号，产生光功率值；

控制器10，根据采集得到的光功率值，调整并输出非线性调制电压。

优选地，所述输出单元包括：

射频滤波器6，对所述光电信号进行边摸选择，输出滤波信号；

电耦合器8，将滤波信号进行分路，一路作为反馈信号，另一路作为振荡器装置的输出信号。

优选地，所述输出单元还包括：连接在所述射频滤波器6和电耦合器8之间的微波放大器7。

优选地，该光电振荡器还包括：用于产生激光束的激光器1。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于非线性调制的光电振荡器控制方法，该方法的步骤包括：

在非线性工作状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；

将调制的光信号分为两路信号，其中一路进行光电转换，输出光电信号；

对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

优选地，所述将调制的光信号分为两路信号，其中一路进行光电转换，输出光电信号的步骤之后包括：

基于另一路调制的光信号，产生用于将调制过程的工作状态调整至非线性工作状态的非线性调制电压。

本申请所述技术方案能够解决目前光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声较差的难题；该光电振荡器结构简单，近载频相位噪声可以优化15dB以上；并能够保持光电振荡器的相位噪声特色，不随频率的提升而产生恶化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出本方案所述光电振荡器的示意图；

图2示出本方案所述光电振荡器控制方法的示意图。

附图标号

1、激光器，2、电光调制器，3、光耦合器，4、光纤环，5、光电探测器，6、射频滤波器，7、微波放大器，8、电耦合器，9、光功率计，10、控制器。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本方案的核心思路是在电光振荡器装置基础上引入非线性调制，使对激光束的调制工作状态处于非线性工作状态，从而使输出光功率的插损达到20dB，提高光纤环的Q值(品质因数)，最终实现对光电振荡器相位噪声的合理控制。

本方案公开了一种基于非线性调制的光电振荡器。该方案能够解决目前光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声较差的难题：1、采用传统的微波锁相模式，电路构造复杂，失去了光电振荡器结构简单的特点；2、采用传统的微波锁相模式构成的光电振荡器，近载频相位噪声随着频率的提高而成比例的产生恶化，完全失去了光电振荡器原有的相位噪声不随频率提高而恶化的特色。

基于上述存在的问题，本方案所述光电振荡器具有如下结构：该光电振荡器包括：调制单元、光电转换单元、控制单元和输出单元。调制单元在非线性调制电压的调整下，处于非线性工作状态，在该状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；光电转换单元将调制的光信号分为两路信号，一路进行光电转换，输出光电信号，另一路传输至非线性调制单元；输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。其中，非线性调制电压是控制单元基于另一路调制的光信号，调整并产生非线性调制电压，利用该非线性调整电压将调制单元的工作状态调整至非线性工作状态。

本方案中，调制单元可以采用电光调制器2，所述电光调制器2的第一输入端用于接收激光束；其第二输入端与控制单元中的非线性调制电压的输出端连接；其第三输入端与输出单元中电耦合器8的第二输出端连接；其输出端与光电转换单元中的光耦合器3的输入端连接。

本方案中，所述光电转换单元包括：光耦合器3、光纤环4和光电探测器5；光耦合器3将调制的光信号分为第一路光信号和第二路光信号。在第一路光信号依次经过光纤环4和光电探测器5，由光电探测器5输出光电信号。第二路光信号则用作控制信号传输至非线性调制单元。

本方案中，所述非线性调制单元包括：光功率计9和控制器10；光功率计9实时监测光耦合器3输出的光信号，产生光功率值。控制器10根据采集得到的光功率值，调整并输出非线性调制电压，该非线性调制电压通过电光调制器2的控制输入端输入光电调制器，并将电光调制器2的工作状态调整和保持在非线性工作状态。

本方案中，所述输出单元包括：射频滤波器6、微波放大器7和电耦合器8；光电信号通过射频滤波器6进行边模选择，通过滤波后的电信号经过微波放大器7进行增益放大，放大后的电信号通过电耦合器8进行分路，一路反馈到电光调制器2进行调制，另一路作为最终的光电振荡器的电信号输出。

如图2所示，本方案进一步公开了一种基于非线性调制的光电振荡器控制方法，该方法在非线性工作状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；将调制的光信号分为两路信号，其中一路进行光电转换，输出光电信号；对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。该方法中，需要对调制过程的工作状态进行调整和控制，因此，该方法中，可以利用另一路调制的光信号，产生用于将调制过程的工作状态调整至非线性工作状态的非线性调制电压；利用该非线性调制电压将调制过程的工作状态调整并保持在非线性的工作状态。

下面通过实例对本方案做进一步说明。

如图1所示，本实例公开了一种基于非线性调制的光电振荡器，该光电振荡器包括：激光器1、电光调制器2、光耦合器3、光纤环4、光电探测器5、射频滤波器6、微波放大器7、电耦合器8、光功率计9和控制器10。

激光器1的输出端与电光调制器2单模光纤连接，电光调制器2的输出端与光耦合器3的输入端单模光纤连接，光耦合器3的环路端与光纤环4的输入端单模光纤连接，光纤环4的输出端与光电探测器5的输入端单模光纤连接，光电探测器5的输出端与射频滤波器6的输入端射频电缆连接，射频滤波器6的输出端与微波放大器7的输入端射频电缆连接，微波放大器7的输出端与电耦合器8的输人端射频电缆连接，电耦合器8的调制端与电光调制器2的调制端射频电缆连接，非线性调制电压的输出端与电光调制器2的偏置端射频电缆连接，光功率计9的输入端与光耦合器3的功率端单模光纤连接，光功率计9的数据控制端与控制器10的光端串口线缆连接，控制器10的电压端与非线性电压的设置端串口线缆连接。

工作时，激光器1产生光源，光源通过电光调制器2与电耦合器8反馈回的微波信号进行调制，电光调制器2的输出是经过强度调制的光信号，这路光信号通过光耦合器3进行分两路，一路光信号输入到光纤环4，另一路输入给光功率计9进行光功率的监测，光纤环4输出的光信号输入到光电探测器5进行光电转换，经过光电转换后的电信号通过射频滤波器6进行边模选择，通过滤波后的电信号经过微波放大器7进行增益放大，放大后的电信号通过电耦合器8进行分路，一路反馈到电光调制器2进行调制，另一路作为最终的光电振荡器的电信号输出。为了改善光电振荡器的近载频相位噪声，通过控制器10控制非线性电压的输出电压，输出电压使电光调制器2处于非线性工作状态，控制器10通过采集光功率计9的光功率值，去调整非线性电压的输出电压，最终处于非线性工作状态的电光调制器2的输出光功率的插损达到20dB，这样做的目的实际上就是为了提高光纤环4的Q值。

综上所述，本方案能够针对光电振荡器近载频10Hz～1kHz内相位噪声进行优化，近载频相位噪声可以优化15dB以上；本方案结构简单，不但保持了光电振荡器的相位噪声特色，还能够保证不随频率的提升而产生恶化。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.基于非线性调制的光电振荡器，其特征在于，该光电振荡器包括：

调制单元，在非线性工作状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；

光电转换单元，将调制的光信号分为两路信号，一路进行光电转换，输出光电信号，另一路传输至非线性调制单元；

控制单元，基于调制的光信号，产生用于将调制单元的工作状态调整至非线性工作状态的非线性调制电压；

输出单元，对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

2.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述调制单元采用电光调制器(2)；

所述电光调制器(2)的第一输入端用于接收激光束；其第二输入端与控制单元连接；其第三输入端与输出单元连接；其输出端与光电转换单元连接。

3.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述光电转换单元包括：光耦合器(3)，将调制的光信号分为第一路光信号和第二路光信号；

沿第一路光信号依次设置有光纤环(4)和光电探测器(5)；

所述第二路光信号作为控制信号传输至非线性调制单元。

4.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述非线性调制单元包括：

光功率计(9)，实时监测光信号，产生光功率值；

控制器(10)，根据采集得到的光功率值，调整并输出非线性调制电压。

5.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述输出单元包括：

射频滤波器(6)，对所述光电信号进行边摸选择，输出滤波信号；

电耦合器(8)，将滤波信号进行分路，一路作为反馈信号，另一路作为振荡器装置的输出信号。

6.根据权利要求5所述的光电振荡器，其特征在于，所述输出单元还包括：连接在所述射频滤波器(6)和电耦合器(8)之间的微波放大器(7)。

7.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，该光电振荡器还包括：用于产生激光束的激光器(1)。

8.基于非线性调制的光电振荡器控制方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

在非线性工作状态下，基于反馈信号对接收到的激光束进行调制，获得调制的光信号；

将调制的光信号分为两路信号，其中一路进行光电转换，输出光电信号；

对光电信号进行处理，输出反馈信号和光电振荡器的输出信号。

9.根据权利要求8所述的光电振荡器控制方法，其特征在于，所述将调制的光信号分为两路信号，其中一路进行光电转换，输出光电信号的步骤之后包括：

基于另一路调制的光信号，产生用于将调制过程的工作状态调整至非线性工作状态的非线性调制电压。