CN110571628B - 一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统 - Google Patents

一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电增益选频腔的可调谐光电振荡器系统，将单环OEO与一个由微波滤波器、电衰减器和电移相器等器件构成的电增益选频腔结合，通过电增益选频腔信号与OEO自由振荡信号的电注入锁定，即可实现系统信号的输出，其输出信号的频率由锁定OEO模式的电增益选频腔决定，调节电移相器的偏置电压改变电选频腔输出微波信号的频率，调节光延时线改变单环OEO的起振模式，通过调节电移相器和光延时线即可实现输出信号的频率调谐，调节电衰减器匹配OEO环腔增益与电增益选频腔可以有效抑制边模。该方案结构简单，既保留了单环OEO低相位噪声的优势，又能有效抑制边模，为频率可调谐OEO提供了一种新的实现方法。

Description

一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统
技术领域
本发明涉及一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统。
背景技术
高性能微波源作为一切微波领域应用的基础，其相位噪声、频谱纯度和稳定性等指标直接影响航空航天、仪器测量、雷达等诸多领域中电子设备的性能。随着应用需求的提高，传统微波源的噪声性能已接近极限。光电振荡器(OEO)是一种高频谱纯度的新型微波信号发生器，其Q值高达1010量级，能够产生频率高达数百GHz的微波信号，且相位噪声低于-160dBc/Hz@10kHz，是一种非常理想的高性能微波振荡器。
在通信领域容量扩充需要的频分复用、雷达侦测等各项应用中，都需要用到频率可调谐的信号源，频率的可调谐性也是衡量各类微波、毫米波产生器件性能的重要标准之一。随着OEO相位噪声和边模抑制性能的不断完善，其频率可调谐性成为了其实用化的阻碍，如何在兼顾其低相位噪声和高边模抑制性能的同时产生频率可调谐的振荡信号成为了人们的研究热点。
为了实现OEO输出频率的可调谐，研究人员相继提出基于YIG电可调滤波器的OEO方案和基于相移光栅的可调谐OEO方案。这两种方案均采用了双环路OEO架构，增加了系统的成本和复杂性。前一种方案输出信号的频率可调范围及步进完全由YIG滤波器的性能决定，系统性能完全受YIG电可调滤波器的限制；后一种方案中相移光栅对于光源稳定度要求比较高，对于环境变化较为敏感，信号稳定性较差。为了避免上述情况，又提出了基于DFB腔注入锁定效应的可调谐OEO的方案，该方案中通过注入锁定实现边模抑制，调节注入光波长和功率实现输出信号的频率可调谐。但由于无法精细控制注入光波长和功率，输出信号的调谐步进非常大。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统，解决了现有可调谐微波源技术无法同时满足低相位噪声和高边模抑制比的问题，本发明的系统结构简单易实现，通过控制电移相器和光延时线可以实现精细调谐，同时既保留了OEO低相位噪声的优势，又能有效抑制边模，具有很高的系统稳定性，本发明可以作为一种稳定的产生高质量可调谐输出信号的信号发生器。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统，包括如下的光学器件和电子器件：激光器、强度调制器、单模光纤、可调光衰减器、光延时线、光电探测器、带通滤波器、五个微波放大器、三个功分器和两个电衰减器；其中五个微波放大器记作第一微波放大器、第二微波放大器、第三微波放大器、第四微波放大器和第五微波放大器，三个功分器记作第一功分器、第二功分器和第三功分器，两个电衰减器记作第一电衰减器和第二电衰减器；所述强度调制器将激光器输出的光信号进行调制后，依次经过所述单模光纤、可调光衰减器和光延时线后由所述光电探测器光电转换输出微波信号，光电探测器输出的微波信号经过第一微波放大器放大后依次通过第一功分器和带通滤波器，所述带通滤波器选出相应的频率后经过所述第二功分器分为两路；一路通过第四微波放大器、第三功分器和第五微波放大器反馈至所述强度调制器，形成OEO谐振腔；另一路通过所述第一电衰减器、第二微波放大器、电移相器、第三微波放大器和第二电衰减器后反馈给所述第一功分器，形成电增益选频腔；OEO谐振腔自由振荡信号与电增益选频腔输出的信号产生电注入锁定效应，通过调节电移相器改变电增益选频腔的输出频率，通过调节光延时线使OEO起振模式与电增益选频腔进行匹配，最终由第三功分器输出具有低相噪和高边模抑制比的频率可调信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于本发明将单环OEO与电增益选频腔结合，通过调节移相器和光延时线控制OEO环腔和电增益选频腔的腔长，改变两者输出频率，根据电注入锁定原理，实现输出信号频率可调谐。其次，通过调节电增益选频腔增益使OEO环腔增益与其达到最佳匹配状态，取得更好地边模抑制效果。有效解决了现有可调谐微波源技术无法同时满足低相位噪声和高边模抑制比的问题。
附图说明
图1为本发明基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统框图；
图2是调节电移相器之后的输出信号频谱图；
图3是调节电移相器之前的输出信号频谱图；
图4是输出信号的相位噪声图。
图中：1-激光器，2-强度调制器，3-单模光纤，4-可调光衰减器，5-光延时线，6-光电探测器，7-第一微波放大器，8-第一功分器，9-带通滤波器，10-第二功分器，11-第一电衰减器，12-第二微波放大器，13-电移相器，14-第三微波放大器，15-第二电衰减器，16-第四微波放大器，17-第三功分器，18-第五微波放大器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统是基于电注入锁定原理，通过调节光延时线和移相器使OEO自由振荡信号与电增益选频腔输出信号满足电注入锁定条件，改变输出信号频率，实现输出频率可调谐。
该系统包括如下的光学器件和电子器件：激光器1、强度调制器2、单模光纤3、可调光衰减器4、光延时线5、光电探测器6、带通滤波器9、五个微波放大器、三个功分器和两个电衰减器；其中五个微波放大器记作第一微波放大器7、第二微波放大器12、第三微波放大器14、第四微波放大器16和第五微波放大器18，三个功分器记作第一功分器8、第二功分器10和第三功分器17，两个电衰减器记作第一电衰减器11和第二电衰减器15。
本发明中，所述激光器1、强度调制器2、单模光纤3、可调光衰减器4、光延时线5、光电探测器6、第一微波放大器7、第一功分器8、带通滤波器9、第二功分器10，第四微波放大器16，第三功分器17和第五微波放大器18构成OEO谐振腔。所述第一功分器8，带通滤波器9，第二功分器10，电衰减器11，第二微波放大器12，电移相器13，第三微波放大器14，第二电衰减器15构成电增益选频腔。
具体实现的过程是，
所述激光器1输出的光信号先注入强度调制器2，从而对光信号进行调制，强度调制器3输出的调制光通过所述单模光纤3和可调光衰减器4进行衰减；所述光延时线5对从可调光衰减器4衰减后输出的光信号进行传输时延匹配，光延时线5输出的光信号注入到所述光电探测器6中，将光信号转换成微波信号；光电探测器6输出的微波信号经过第一微波放大器7放大后依次通过第一功分器8和带通滤波器9，所述带通滤波器9选出相应的频率后经过所述第二功分器10分为两路；一路通过第四微波放大器16、第三功分器17和第五微波放大器18反馈至所述强度调制器2，形成OEO谐振腔；
另一路通过所述第一电衰减器11、第二微波放大器12、电移相器13、第三微波放大器14和第二电衰减器15后反馈给所述第一功分器8，形成电增益选频腔；
OEO谐振腔自由振荡信号与电增益选频腔输出的信号产生电注入锁定效应，通过调节电移相器13改变电增益选频腔的输出频率，通过调节光延时线5使OEO起振模式与电增益选频腔进行匹配，最终由第三功分器17输出具有低相噪和高边模抑制比的频率可调信号。
本发明中，将单环OEO与一个由微波滤波器、电衰减器和电移相器等器件构成的电增益选频腔结合，通过电增益选频腔信号与OEO自由振荡信号的电注入锁定实现系统信号的输出，调节电移相器13的偏置电压可以改变电选频腔腔长，从而改变腔内微波信号的频率；同时调节光延时线5改变OEO的起振模式，实现两环路频率的匹配。如图2所示，通过调节电移相器13和光延时线5即可实现输出信号的频率调谐。调节第一和第二电衰减器11、12匹配OEO谐振腔增益与电增益选频腔达到最佳匹配状态，可以改善边模抑制效果，如图3和图4所示，系统输出信号频率可调谐的同时具有低相位噪声和高边模抑制比。本发明系统结构简单，既保留了单环OEO低相位噪声的优势，又能有效抑制边模，为频率可调谐OEO提供了一种新的实现方法。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种基于电增益选频腔的频率可调谐光电振荡器系统，包括如下的光学器件和电子器件：激光器(1)、强度调制器(2)、单模光纤(3)、可调光衰减器(4)、光延时线(5)、光电探测器(6)、带通滤波器(9)、五个微波放大器、三个功分器和两个电衰减器；其中五个微波放大器记作第一微波放大器(7)、第二微波放大器(12)、第三微波放大器(14)、第四微波放大器(16)和第五微波放大器(18)，三个功分器记作第一功分器(8)、第二功分器(10)和第三功分器(17)，两个电衰减器记作第一电衰减器(11)和第二电衰减器(15)；
其特征在于，所述强度调制器(2)将激光器(1)输出的光信号进行调制后，依次经过所述单模光纤(3)、可调光衰减器(4)和光延时线(5)后由所述光电探测器(6)光电转换输出微波信号，光电探测器(6)输出的微波信号经过第一微波放大器(7)放大后依次通过第一功分器(8)和带通滤波器(9)，所述带通滤波器(9)选出相应的频率后经过所述第二功分器(10)分为两路；一路通过第四微波放大器(16)、第三功分器(17)和第五微波放大器(18)反馈至所述强度调制器(2)，形成OEO谐振腔；
另一路通过所述第一电衰减器(11)、第二微波放大器(12)、电移相器(13)、第三微波放大器(14)和第二电衰减器(15)后反馈给所述第一功分器(8)，形成电增益选频腔；
OEO谐振腔自由振荡信号与电增益选频腔输出的信号产生电注入锁定效应，通过调节电移相器(13)改变电增益选频腔的输出频率，通过调节光延时线(5)使OEO起振模式与电增益选频腔进行匹配，最终由第三功分器(17)输出具有低相噪和高边模抑制比的频率可调信号。
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