CN115622658A - 一种光电振荡系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电振荡系统，包括光电振荡模块、延时补偿模块以及复用模块；光电振荡模块包括第一光信号输入端以及第一电信号输出端；延时补偿模块包括第二光信号输入端以及第二电信号输出端；复用模块电性连接至第一光信号输入端与第一电信号输出端之间，且电性连接至第二光信号输入端，复用模块用以产生延时；其中，光电振荡模块用以产生第一电信号，第一电信号输出端电性连接至第二光信号输入端，第一电信号延时后输送至延时补偿模块，延时补偿模块根据第一电信号以及复用模块产生第二电信号，第二电信号输出端电性连接至第一光信号输入端，形成闭合环路。产生高质量微波信号，并构建延时预补偿，从原理上消除光纤抖动带来的影响。

Description

一种光电振荡系统

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，特别涉及一种光电振荡系统。

背景技术

利用微波光子技术产生射频信号是人们长期研究的一个领域，传统的电学方式产生的电信号存在诸多弊端，例如信号质量差、高频信号难以产生等问题。随着微波光子技术的发展，人们借助光电振荡器长光纤储能实现高Q值，从而产生高质量微波信号。然而受环境温度、震动的影响，长光纤的稳定性问题一直备受关注，目前有很多关于此的研究，比如注入锁定，锁相环等。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种扫频光电振荡器，旨在解决长光纤的稳定性问题。

为实现上述目的，本发明提出一种光电振荡系统，包括：

光电振荡模块，包括第一光信号输入端以及第一电信号输出端；

延时补偿模块，包括第二光信号输入端以及第二电信号输出端；以及，

复用模块，电性连接至第一光信号输入端与第一电信号输出端之间，且电性连接至第二光信号输入端，复用模块用以产生延时；

其中，光电振荡模块用以产生第一电信号，第一电信号输出端电性连接至第二光信号输入端，第一电信号延时后输送至延时补偿模块，延时补偿模块根据第一电信号以及复用模块产生第二电信号，第二电信号输出端电性连接至第一光信号输入端，形成闭合环路。

可选的，光电振荡模块包括依次电性连接的相位调制器、陷波滤波器以及隔离器，相位调制器、陷波滤波器以及隔离器共同形成第一光信号输入端；

其中，第二电信号输出端电性连接至相位调制器，复用模块电性连接至隔离器与第一电信号输出端之间。

可选的，光电振荡模块还包括依次电性连接的光滤波器、第一光电探测器以及第一电放大器，光滤波器、第一光电探测器以及第一电放大器共同形成第一电信号输出端；

其中，第一电放大器电性连接至第二光信号输入端，复用模块电性连接至第一光信号输入端与光滤波器之间。

可选的，延时补偿模块包括依次电性连接的强度调制器、第一光耦合器以及第一环形器，强度调制器、第一光耦合器以及第一环形器共同形成第二光信号输入端；

其中，第一电信号输出端电性连接至强度调制器，复用模块电性连接至第一环形器。

可选的，第二电信号输出端包括：

第一光电转换路，电性连接至第一光耦合器，用以产生第一待混电信号；

第二光电转换路，电性连接至第一环形器，用以产生第二待混电信号；以及，

混频路，电性连接至第一光电转换路以及第二光电转换路，且电性连接至第一光信号输入端，用以将第一待混电信号与第二待混电信号混频形成第二电信号。

可选的，第一光电转换路包括依次电性连接的第二光电探测器、第一电滤波器以及第二电放大器；

其中，第二光电探测器电性连接至第一光耦合器，第二电放大器电性连接至混频路。

可选的，第二光电转换路包括依次电性连接的第三光电探测器、第二电滤波器以及第三电放大器；

其中，第三光电探测器电性连接至第一环形器，第三电放大器电性连接至混频路。

可选的，混频路包括依次电性连接的混频器、第三电滤波器、除频器以及第四电放大器；

其中，混频器电性连接至第一光电转换路以及第二光电转换路，第四电放大器电性连接至第一光信号输入端。

可选的，复用模块包括依次电性连接的波分复用解复用、零色散长光纤、第二环形器、光放大器以及第二光耦合器；

其中，波分复用解复用电性连接至第一光信号输入端以及第二光信号输入端，第二光耦合器电性连接至第二环形器以及第一光信号输出端。

可选的，光电振荡系统还包括偏振控制器，偏振控制器设于闭合环路中，且处于闭合环路的光路上，偏振控制器用以调节光束的偏振方向；和/或，

光电振荡系统还包括第一激光器以及第二激光器，第一激光器电性连接至第一光信号输入端，第二激光器电性连接至第二光信号输入端。

在本发明提供的技术方案中，由光电振荡模块产生的第一电信号输出到延时补偿模块，由延时预补偿模块将其进行延时预补偿后，形成第二电信号，并输出到光电振荡模块，实现光电振荡环路的闭合；利用光电振荡产生高质量微波信号，并构建延时预补偿，从原理上消除光纤抖动带来的影响。

附图说明

图1为本发明提供的光电振荡系统的一实施例的连接结构示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

利用微波光子技术产生射频信号是人们长期研究的一个领域，传统的电学方式产生的电信号存在诸多弊端，例如信号质量差、高频信号难以产生等问题。随着微波光子技术的发展，人们借助光电振荡器长光纤储能实现高Q值，从而产生高质量微波信号。然而受环境温度、震动的影响，长光纤的稳定性问题一直备受关注，目前有很多关于此的研究，比如注入锁定，锁相环等。

本发明提供一种光电振荡系统，旨在解决长光纤的稳定性问题，其中，图1为本发明提供的一实施例。

请参阅图1，本发明提供一种光电振荡系统100，包括光电振荡模块、延时补偿模块以及复用模块；光电振荡模块包括第一光信号输入端以及第一电信号输出端；延时补偿模块包括第二光信号输入端以及第二电信号输出端；复用模块电性连接至第一光信号输入端与第一电信号输出端之间，且电性连接至第二光信号输入端，复用模块用以产生延时；其中，光电振荡模块用以产生第一电信号，第一电信号输出端电性连接至第二光信号输入端，所述第一电信号延时后输送至所述延时补偿模块，延时补偿模块根据第一电信号以及复用模块产生第二电信号，第二电信号输出端电性连接至第一光信号输入端，形成闭合环路。

在本发明提供的技术方案中，由光电振荡模块产生的第一电信号输出到延时补偿模块，由延时补偿模块将其进行延时预补偿后，形成第二电信号，并输出到光电振荡模块，实现光电振荡环路的闭合；利用光电振荡产生高质量微波信号，并构建延时预补偿，从原理上消除光纤抖动带来的影响。

具体的，光电振荡模块包括依次电性连接的相位调制器11、陷波滤波器12以及隔离器13，相位调制器11、陷波滤波器12以及隔离器13共同形成第一光信号输入端；其中，第二电信号输出端电性连接至相位调制器11，复用模块电性连接至隔离器13与所述第一电信号输出端之间。在本实施例中，隔离器13用于实现其所在光路中光信号的单向传输，防止复用模块中错误的向第一光信号输入端输出信号。

需要说明的是，陷波滤波器12的设置方式有多种，陷波滤波器12包括相移光纤布拉格光栅、法布里-珀罗谐振腔、气体吸收池或者微环中的任意一种，在此不做具体限制。

另外，光电振荡模块还包括依次电性连接的光滤波器14、第一光电探测器15以及第一电放大器16，光滤波器14、第一光电探测器15以及第一电放大器16共同形成第一电信号输出端；其中，第一电放大器16电性连接至第二光信号输入端，复用模块电性连接至第一光信号输入端与光滤波器14之间。第一电放大器16用于增强光电振荡模块中电信号的功率，得到第一电信号，实现信号的稳定振荡。

需要说明的是，在本实施例中，第一电放大器16可以设置有多个。

需要说明的是，在本申请提供的实施例中，第一光信号输入端的设置与第一光信号输出端的设置两个相关技术特征同时存在，以便于与复用模块共同构成光电振荡环路，产生光电振荡，维持环路起振的状态。

需要说明的是，在本申请提供的一实施例中，光电振荡模块设置有多个，形成多环路系统。

另外，在本实施例中，光电振荡模块还包括辅助光放大器，辅助光放大器设于光电振荡模块的光路上，用以增强光电振荡模块中光信号的功率。

另一方面，延时补偿模块包括依次电性连接的强度调制器21、第一光耦合器22以及第一环形器23，强度调制器21、第一光耦合器22以及第一环形器23共同形成第二光信号输入端；其中，第一电信号输出端电性连接至强度调制器21，复用模块电性连接至第一环形器23。

需要说明的是，强度调制器21的设置方式有多种，强度调制器21包括马赫曾德尔调制器(MZM)、双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM)或者双偏振双平行马赫增德尔调制器(DP-DPMZM)中的任意一种，在此不做具体限制。

进一步的，第二电信号输出端包括第一光电转换路、第二光电转换路以及混频路；第一光电转换路电性连接至第一光耦合器22，用以产生第一待混电信号；第二光电转换路电性连接至第一环形器23，用以产生第二待混电信号；混频路电性连接至第一光电转换路以及所述第二光电转换路，且电性连接至第一光信号输入端，用以将第一待混电信号与第二待混电信号混频形成第二电信号。

具体的，在本实施例中，第一光电转换路包括依次电性连接的第二光电探测器241、第一电滤波器242以及第二电放大器243；其中，第二光电探测器241电性连接至第一光耦合器22，第二电放大器243电性连接至混频路。在本实施例中，第一电滤波器242用于选择特定中心频率电信号，第二电放大器243用于增强电信号功率。

另一方面，第二光电转换路包括依次电性连接的第三光电探测器251、第二电滤波器252以及第三电放大器253；其中，第三光电探测器251电性连接至第一环形器23，第三电放大器253电性连接至混频路。在本实施例中，第二电滤波器252用于选择特定中心频率电信号，第三电放大器253用于增强电信号功率。

在本实施例中，混频路包括依次电性连接的混频器261、第三电滤波器262、除频器263以及第四电放大器264；其中，混频器261电性连接至第一光电转换路以及第二光电转换路，第四电放大器264电性连接至第一光信号输入端。其中，第三电滤波器262用于选择特定中心频率电信号，第四电放大器264用于增强电信号功率。

需要说明的是，第一电滤波器242、第二电滤波器252以及第三电滤波器262的设置数量不做具体限制，可以分别设置有单个或者多个，在本实施例中，均设置有多个；同样的，第二电放大器243、第三电放大器253以及第四电放大器264的设置数量不做具体限制，可以分别设置有单个或者多个，在本实施例中，均设置有多个。

为了便于复用模块同时电性连接光电振荡模块、延时补偿模块，在本实施例中，复用模块包括依次电性连接的波分复用解复用31、零色散长光纤32、第二环形器33、光放大器34以及第二光耦合器35；其中，波分复用解复用31电性连接至第一光信号输入端以及第二光信号输入端，第二光耦合器35电性连接至第二环形器33以及第一光信号输出端。在本实施例中，光放大器34用以增强光信号的功率，实现信号的稳定振荡，零色散长光纤32为低损耗储能元件，从而提高光电振荡器的噪声性能。

需要说明的是，光放大器34的设置数量不做具体限制，在本实施例中，光放大器34设置有多个。

在本实施例中，光电振荡系统100还包括偏振控制器，偏振控制器设于闭合环路中，且处于闭合环路的光路上，偏振控制器用以调节光束的偏振方向。

另外，光电振荡系统100还包括第一激光器5以及第二激光器6，第一激光器5电性连接至第一光信号输入端，第二激光器6电性连接至所述第二光信号输入端。

需要说明的是，上述光电振荡系统100的两个相关技术特征的设置中，可以择一存在，也可以同时存在，在本实施例中，上述两个技术特征同时存在。

本发明提供一具体实施例：

光电振荡系统100包括第一激光器5以及第二激光器6，第一激光器5与第二激光器6产生不同波长光信号作为载波。

光电振荡系统100包括光电振荡模块、延时补偿模块以及复用模块。

光电振荡模块包括依次电性连接的相位调制器11、陷波滤波器12以及隔离器13；其中，第一激光器5电性连接至相位调制器11，通过相位调制器11，得到加载第二电信号的光信号，再经过陷波滤波器12以及隔离器13，传输至复用模块；复用模块包括依次电性连接的波分复用解复用31、零色散长光纤32、第二环形器33、光放大器34以及第二光耦合器35，光信号进入波分复用解复用31后再进入零色散长光纤32，产生延时τ，再经过第二环形器33、光放大器34以及第二光耦合器35，最后进入第一电信号输出端，第一电信号输出端包括光滤波器14、第一光电探测器15以及第一电放大器16，光信号经过光滤波器14过滤掉非第一光信号输入端的光信号，再经过第一光电探测器15将光信号转换为电信号，再经过第一电放大器16，后输送延时补偿模块。

延时补偿模块包括依次电性连接的强度调制器21、第一光耦合器22以及第一环形器23，第二激光器6电性连接至强度调制器21，加载电信号的光信号由强度调制器2进入第一光耦合器22，在第一光耦合器22上产生分路。

其中一路进入第二光电探测器241转换为带有三倍频项的电信号，利用第一电滤波器242将三倍频信号滤出；

第一光耦合器22的另外一路信号进入第一环形器23的1口，然后从第一环形器23的2口输出进入波分复用解复用31，再进入零色散长光纤32后产生延时τ，进入第二环形器33的2口，从第二环形器33的3口输出进入光放大器34放大，再进入第二光耦合器35，第二光耦合器35的一路光信号回到第二环形器33的1口，从第二环形器33的2口输出进入零色散长光纤32后再产生延时τ，然后进入波分复用解复用31，解复用后进入第一环形器23的2口，从第一环形器23的3口输出，进入第三光电探测器251将光信号转换为电信号，同时利用第二电滤波器252将基频信号滤出。

由第三电放大器253和第二电放大器243分别进行电信号功率的放大后进入混频器261，利用第三电滤波器262将下变频信号滤出，除频器263对信号进行除频处理，产生带有-τ延时的电信号，第四电放大器264放大后进入相位调制器11。

由此形成闭合环路进行循环。将零色散长光纤32由于温度抖动带来的延时变化从原理上消除。最终输出高质量电信号。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电振荡系统，其特征在于，包括：

光电振荡模块，包括第一光信号输入端以及第一电信号输出端；

延时补偿模块，包括第二光信号输入端以及第二电信号输出端；以及，

复用模块，电性连接至所述第一光信号输入端与所述第一电信号输出端之间，且电性连接至所述第二光信号输入端，所述复用模块用以产生延时；

其中，所述光电振荡模块用以产生第一电信号，所述第一电信号输出端电性连接至所述第二光信号输入端，所述第一电信号延时后输送至所述延时补偿模块，所述延时补偿模块根据所述第一电信号以及所述复用模块产生第二电信号，所述第二电信号输出端电性连接至所述第一光信号输入端，形成闭合环路。

2.如权利要求1所述的光电振荡系统，其特征在于，所述光电振荡模块包括依次电性连接的相位调制器、陷波滤波器以及隔离器，所述相位调制器、所述陷波滤波器以及所述隔离器共同形成所述第一光信号输入端；

其中，所述第二电信号输出端电性连接至所述相位调制器，所述复用模块电性连接至所述隔离器与所述第一电信号输出端之间。

3.如权利要求1所述的光电振荡系统，其特征在于，所述光电振荡模块还包括依次电性连接的光滤波器、第一光电探测器以及第一电放大器，所述光滤波器、所述第一光电探测器以及所述第一电放大器共同形成所述第一电信号输出端；

其中，所述第一电放大器电性连接至所述第二光信号输入端，所述复用模块电性连接至所述第一光信号输入端与所述光滤波器之间。

4.如权利要求1所述的光电振荡系统，其特征在于，所述延时补偿模块包括依次电性连接的强度调制器、第一光耦合器以及第一环形器，所述强度调制器、所述第一光耦合器以及所述第一环形器共同形成所述第二光信号输入端；

其中，所述第一电信号输出端电性连接至所述强度调制器，所述复用模块电性连接至所述第一环形器。

5.如权利要求4所述的光电振荡系统，其特征在于，所述第二电信号输出端包括：

第一光电转换路，电性连接至所述第一光耦合器，用以产生第一待混电信号；

第二光电转换路，电性连接至所述第一环形器，用以产生第二待混电信号；以及，

混频路，电性连接至所述第一光电转换路以及所述第二光电转换路，且电性连接至所述第一光信号输入端，用以将所述第一待混电信号与所述第二待混电信号混频形成所述第二电信号。

6.如权利要求5所述的光电振荡系统，其特征在于，所述第一光电转换路包括依次电性连接的第二光电探测器、第一电滤波器以及第二电放大器；

其中，所述第二光电探测器电性连接至所述第一光耦合器，所述第二电放大器电性连接至所述混频路。

7.如权利要求5所述的光电振荡系统，其特征在于，所述第二光电转换路包括依次电性连接的第三光电探测器、第二电滤波器以及第三电放大器；

其中，所述第三光电探测器电性连接至所述第一环形器，所述第三电放大器电性连接至所述混频路。

8.如权利要求5所述的光电振荡系统，其特征在于，所述混频路包括依次电性连接的混频器、第三电滤波器、除频器以及第四电放大器；

其中，所述混频器电性连接至所述第一光电转换路以及所述第二光电转换路，所述第四电放大器电性连接至所述第一光信号输入端。

9.如权利要求1所述的光电振荡系统，其特征在于，所述复用模块包括依次电性连接的波分复用解复用、零色散长光纤、第二环形器、光放大器以及第二光耦合器；

其中，所述波分复用解复用电性连接至所述第一光信号输入端以及所述第二光信号输入端，所述第二光耦合器电性连接至所述第二环形器以及所述第一光信号输出端。

10.如权利要求1所述的光电振荡系统，其特征在于，所述光电振荡系统还包括偏振控制器，所述偏振控制器设于所述闭合环路中，且处于所述闭合环路的光路上，所述偏振控制器用以调节光束的偏振方向；和/或，

所述光电振荡系统还包括第一激光器以及第二激光器，所述第一激光器电性连接至所述第一光信号输入端，所述第二激光器电性连接至所述第二光信号输入端。

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