CN110718835A - 一种新型微波源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微波源，包括半导体激光器、光电调制器、第一光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第二光耦合器、谐振腔模块、光探测器、滤波器、定向耦合器；所述半导体激光器、光电调制器和第一光耦合器沿着光路依次连接；第一光耦合器的一个输出端连接第一偏振控制器的输入端；第一光耦合器的另一个输出端连接第二偏振控制器的输入端；第一偏振控制器的输出端连接第二光耦合器的一个输入端；第二偏振控制器的输出端连接第二光耦合器的另一个输入端；第二光耦合器、谐振腔模块、光探测器、滤波器和定向耦合器依次连接；定向光耦合器与所述光电调制器连接；该发明能够获得极低的相位噪声，且杂散波抑制水平好，成本较低，光路调节较为简单。

Description

一种新型微波源
技术领域
本发明涉及一种微波源。更具体地，涉及一种能够大幅度抑制杂散信号的幅度的新型微波源。
背景技术
低相噪、高稳定度的微波频率源被广泛的应用与雷达、通信计量等领域，是现代电子器件的核心部件。
微波源的获得一般有三种方式：
一、标准晶体振荡器倍频方式；
二、利用介质的低损耗，设计成高Q值的介质谐振腔，构建正反馈放大电路，并对相位和幅度进行控制，提高输出信号的稳定度；如ZL201510357893.X；“Ultra-low vibrationpulse-tube cryocooler stabilized cryogenic sapphire oscillator with 10-16fractional frequency stability”,IEEE TRANS.ON MICROWAVE THEORY ANDTECHNIQUES,VOL.10,NO.1，2010；
三、采用光生微波的方式；
主要有两类：1、将超稳激光锁定在高稳光学谐振腔上，并通过光梳转换至所需的频率；“Generation of ultrastable microwaves via optical frequency division”,Nature Photonics,DOI:10.1038/NPHOTON.2011.121；
2、光电振荡器的方法；利用光纤或光滤波器对光进行滤波，并将光信号转换至电信号，将电信号放大后加载至激光器的调制器，形成振荡环路。上述方法中，第一种方法是目前最成熟的方法，但相噪指标和稳定度指标较差。第二种方法方法具有极高的稳定度指标和相噪指标，但设备体积和重量大，应用场合较小。第三种方法中超稳激光器锁定在光学谐振腔上的方法可以获得极高的稳定度和相噪指标，但由于激光器的波长漂移和老化，连续运行时间较短，光路结构复杂且成本高昂，光电振荡器的方法能够获得较好的相噪指标，且结构紧凑、连续工作时间长，应用范围较广，光电振荡器主要的组成部分由激光器、光滤波腔(一般由光纤或微纳结构光滤波腔构成)、光探测器、电放大器、光调制器等构成。依据主要的工作原理，选择不同器件可以构建多种光电振荡器用于产生高品质的微波信号；如ZL201010102017.X利用采用有源BRAGG光纤与波分复用器及激光器等期间构成了低相噪窄线宽可精确调谐光纤化的激光微波源；ZL201410299327.3利用半导体双模激光器搭建了优质可调谐微波源，摆脱了外微波源的需求；ZL201510212059.1采用激光器注入锁相模块及导频控制以补偿光电回路的时延波动。采用光纤作为光储能器件，容易受到温度和压力的影响，影响整机性能及输出微波信号的频率稳定度；而微纳结构的光储能器件加工复杂，成本较大，且激光器与微纳结构的耦合调节复杂。
在本发明中，我们利用微型光学谐振腔中高Q值的H模和E模的频率间隔，拍频形成微波信号，抑制了杂散信号的幅度。该发明能够获得极低的相位噪声，且杂散波抑制水平好，成本较低，光路调节较为简单。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种微波源，以解决现有技术中所存在的光电振荡器中微波输出信号的杂散水平较高，相位噪声较大的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种微波源，包括半导体激光器、光电调制器、第一光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第二光耦合器、谐振腔模块、光探测器、滤波器、定向耦合器；
所述半导体激光器、所述光电调制器和所述第一光耦合器沿着光路依次连接；
所述第一光耦合器的一个输出端连接所述第一偏振控制器的输入端；
所述第一光耦合器的另一个输出端连接所述第二偏振控制器的输入端；
所述第一偏振控制器的输出端连接所述第二光耦合器的一个输入端；
所述第二偏振控制器的输出端连接所述第二光耦合器的另一个输入端；
所述第二光耦合器、所述谐振腔模块、光探测器、滤波器和定向耦合器依次连接；
所述定向光耦合器与所述光电调制器连接。
优选地，所述微波源还包括信号放大器，所述信号放大器设置在所述滤波器和所述定向耦合器之间，用于放大滤波信号的强度。
优选地，所述谐振腔模块为高Q值光学谐振腔。
优选地，所述高Q值光学谐振腔采用环形波导或盘形波导。
优选地，所述高Q值光学谐振腔的H模和E模的振荡频率的间隔为8～40GHz，且H模和E模的振荡频率相同。
优选地，所述滤波器的中心频率与所述H模或E模的振荡频率相同。
优选地，所述半导体激光器为VCSEL激光器或DFB激光器。
优选地，所述半导体激光器为中心波长为850nm、1330nm或1550nm的半导体激光器，所述半导体激光器的线宽小于或等于20MHz。
优选地，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为GaAs基材料或InP基材料，
其中，当所述半导体激光器的中心波长为850nm的情况下，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为GaAs基材料；
当所述半导体激光器的中心波长为1330nm或1550nm的情况下，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为InP基材料。
本发明的有益效果如下：
在本发明中，提出利用微型光学谐振腔中高Q值的H模和E模的频率间隔，拍频形成微波信号，抑制了杂散信号的幅度，该发明能够获得极低的相位噪声，且杂散波抑制水平好，成本较低，光路调节较为简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明微波源的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1示出的一种新型微波源，包括包括半导体激光器、光电调制器、第一光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第二光耦合器、谐振腔模块、光探测器、滤波器、定向耦合器；
所述半导体激光器、所述光电调制器和所述第一光耦合器沿着光路依次连接；
所述第一光耦合器的一个输出端连接所述第一偏振控制器的输入端；
所述第一光耦合器的另一个输出端连接所述第二偏振控制器的输入端；
所述第一偏振控制器的输出端连接所述第二光耦合器的一个输入端；
所述第二偏振控制器的输出端连接所述第二光耦合器的另一个输入端；
所述第二光耦合器、所述谐振腔模块、光探测器、滤波器和定向耦合器依次连接；
所述定向光耦合器与所述光电调制器连接。
具体地，所述微波源还包括信号放大器，所述信号放大器设置在所述滤波器和所述定向耦合器之间，用于放大滤波信号的强度。
具体地，所述谐振腔模块为高Q值光学谐振腔。
具体地，所述高Q值光学谐振腔采用环形波导或盘形波导。
具体地，所述高Q值光学谐振腔的H模和E模的振荡频率的间隔为8～40GHz，且H模和E模的振荡频率相同。
具体地，所述滤波器的中心频率与所述H模或E模的振荡频率相同。
具体地，所述半导体激光器为VCSEL激光器或DFB激光器。
具体地，所述半导体激光器为中心波长为850nm、1330nm或1550nm的半导体激光器，所述半导体激光器的线宽小于或等于20MHz。
具体地，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为GaAs基材料或InP基材料，
其中，当所述半导体激光器的中心波长为850nm的情况下，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为GaAs基材料；
当所述半导体激光器的中心波长为1330nm或1550nm的情况下，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为InP基材料。
使用时，按照如图1所示进行光路组装，半导体激光器发射的光线经过光电调制器进行调制，调制光进入光耦合器按照50:50的分配比列分成两束，其中第一分光比例的光束进入第一偏振控制阵列后形成第一偏振光，第二分光比例的光束进入第二偏振控制阵列后形成第二偏振光，第一偏振光和第二偏振光在第二光耦合器内融合，融合光进入高Q值光学谐振腔，通过高Q值光学谐振腔对极窄的自由光谱进行滤波筛选，滤除高杂散，高相噪的光信号，筛选后的光信号通过光探测器转换为电信号，电信号经过滤波器滤波，并经过信号放大器后进入定向耦合单元，放大后的电信号一路作为微波输出信号输出，一路加载至光电调制单元形成振荡回路。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种微波源，其特征在于，包括
半导体激光器、光电调制器、第一光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第二光耦合器、谐振腔模块、光探测器、滤波器、定向耦合器；
所述半导体激光器、所述光电调制器和所述第一光耦合器沿着光路依次连接；
所述第一光耦合器的一个输出端连接所述第一偏振控制器的输入端；
所述第一光耦合器的另一个输出端连接所述第二偏振控制器的输入端；
所述第一偏振控制器的输出端连接所述第二光耦合器的一个输入端；
所述第二偏振控制器的输出端连接所述第二光耦合器的另一个输入端；
所述第二光耦合器、所述谐振腔模块、光探测器、滤波器和定向耦合器依次连接；
所述定向光耦合器与所述光电调制器连接。
2.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，所述微波源还包括信号放大器，所述信号放大器设置在所述滤波器和所述定向耦合器之间，用于放大滤波信号的强度。
3.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，所述谐振腔模块为高Q值光学谐振腔。
4.根据权利要求3所述的微波源，其特征在于，所述高Q值光学谐振腔采用环形波导或盘形波导。
5.根据权利要求4所述的微波源，其特征在于，所述高Q值光学谐振腔的H模和E模的振荡频率的间隔为8～40GHz，且H模和E模的振荡频率相同。
6.根据权利要求5所述的微波源，其特征在于，所述滤波器的中心频率与所述H模或E模的振荡频率相同。
7.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，所述半导体激光器为VCSEL激光器或DFB激光器。
8.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，所述半导体激光器为中心波长为850nm、1330nm或1550nm的半导体激光器，所述半导体激光器的线宽小于或等于20MHz。
9.根据权利要求8所述的微波源，其特征在于，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为GaAs基材料或InP基材料，
其中，当所述半导体激光器的中心波长为850nm的情况下，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为GaAs基材料；
当所述半导体激光器的中心波长为1330nm或1550nm的情况下，所述高Q值光学谐振腔的制作材料为InP基材料。
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