200307383 玖、發明說明 (發明說明應欽明：發明所属之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 相關申請案之交互參照 本案請求美國臨時專利申請案第60/373,739號，申請 日2002年4月17日之權益，該案内容以引用方式併入此處。 5 本文件係有關共同審查中之美國臨時申請案第 60/373,742號，申請日2002年4月17日，名稱「供微波信號 合成用之雷射二極體對之穩定注入鎖定執行用之積體光學 電路」，該案内容以引用方式併入此處。 【發明所屬之技術領域】 10 發明領域 本揭不係有關光波信號的產生。特別本揭示係有關帶 有可變調性之光波信號，其可被轉成可變射頻載波或局部 振盈器信號。
【先前技術]I 15 發明背景 頻率合成用於產生於一或多個精確頻率之信號。然後 此等信號可用於射頻（RF)感應器及通訊系統執行頻率轉換 。頻率合成可由若干不同方法提供。頻率合成中須考慮所 產生信號之相位及頻率穩定性。因產生的信號可用作為頻 20率向上轉換或向下轉換之局部振 盪器信號，故信號不穩定 結果導致噪訊比效能的降低。 一種頻率合成方法涉及產生多調光波信號，其可轉成 射頻載波或局部振盪器信號。此種方法中，光外差用來形 、光波長° 周丨生間之和拍頻或差拍頻。和拍頻或差拍頻隨 6 200307383 玖、發明說明 後藉光偵測器或類似裝置偵測，來產生射頻載波或局部振 盪器信號。但拍頻信號之穩定性受到光波長彼此間的相對 穩定性所限。當然，光調性之相對穩定性受到調性的絕對 穩定性影響。 5 Logan於美國專利第5,379,3〇9號，核發日期1995年1月 3曰，說明一種光外差裝置，顯示於第丨圖，該裝置提供一 種帶有改良穩定性之拍頻信號。第1圖中，二從雷射16、 18注入鎖定於主雷射12之不同光模式，俾形成於二不同頻 率及f2之相位相干性雷射信號。然後相位相干性雷射信 10號組合而形成於^心之拍頻。由於主雷射12為模式鎖定， 故全部模式皆具有明確界限之時間不變的相位關係。具有 固定頻率之射頻參考振盪器1〇用於模式鎖定主雷射。射頻 參考振盈器10之頻率設定為二模式間最小頻率間隔。注意 模式鎖定主雷射之輸出為週期性脈衝系列，其結果導致該 15輸出具有一種頻譜，其帶有對應多重模式之複數個頻率調 性。多模主雷射12可產生跨大於100十億赫兹（GHz)之鎖定 杈式將從雷射16、18注入鎖定於主雷射12，提供各從雷 射16、18經微調而具有一輸出頻率，該輸出頻率僅對應於 、田射12之多拉輸出中之—種模式。從雷射16、18之輸出 20為連續波信號。因此L〇_揭示之裝置可產生大量可能之 射頻載波信號或局部振遭器信號跨寬廣頻率範圍。此等信 遽頻率係經由微調從雷射16、18選擇，俾產生成對主雷射 、式〃間之頻率差係等於欲產生之射頻載波信號或局部 振盪器信號之預定頻率。 200307383 玖、發明說明 於Logan揭示之裝置，於從雷射16、18注入鎖定於主雷 射12，外差拍信號之穩定性因二注入鎖定雷射16、18產生 之雷射信號不穩定而劣化。外差拍信號具有相位雜訊，該 相位雜訊比由二主雷射模式直接產生之外差拍信號惡化數 5次羃幅度。此種相位雜訊的劣化原因係由於相位雜訊效能 與自由操作從雷射之線寬及相位雜訊等特性具有相依性。 另外’先前技術裝置包含複數個從雷射相位鎖定於主 半導體雷射之目前調變邊帶，如K. Kihuchi、C· E· Zah及 Τ·Ρ. Lee揭示於光波技術期刊，第6卷，第12期，1988年， 10 1821·183〇頁。但只產生少數邊帶頻率調性。如此藉光學 外差從雷射輸出，只可產生少數可能的射頻載波信號或局 部振盪:器信號。 其它先前技術裝置組合帶有光鎖相回路之光學注入鎖 定。例如參考R. Ramos等人，光學函件，第19卷，第1期 15 ，第 4-6 頁 ’ 1994 年；A.C· Bordonalli、c· Walton及 A.J.
Seeds，光波技術期刊，第17卷，第2期，第328_342頁， 1999年，L.A. Johansson及A.J. Seeds，IEEE光子技術函件 ’第12卷，第6期，__692頁，2〇〇〇年6月。第2圖顯示先 前技術裝置其中光注入鎖定係用於光鎖相回路。 20 帛2圖中單—從雷射120係光注人鎖定於單—主雷射11〇 。光偵測為130用於偵測主雷射11〇輸出與從雷射12〇輸出間 之差俾產生錯誤信號。該錯誤信號隨後被導向至回路濾波 器140，該回路濾波器14〇控制從雷射12〇之電流驅動。第2 圖說明先前技術裝置之組態，該裝置具有一零拍鎖相回路 8 200307383 玖、發明說明 或外差鎖相回路。外差鎖相回路係由虛線框1〇1内部之元件 提供。外差鎖相回路之元件包含偏壓產生器151、相位偵測 器153及調變器155。調變器155接收來自偏壓產生器151之 連續波信號，其造成來自主雷射11〇之光信號有額外頻率調 5性，從雷射120係鎖定於此種額外頻率調性。相位偵測器 153基於偏壓產生器輸出之信號與下述拍信號間之差而產生 錯誤信號，該拍信號係經由主雷射11〇之輸出與從雷射12〇 之輸出間之差而產生。零拍鎖相回路係經由去除框1〇1顯示 之外差鎖相回路之元件而提供。要言之，點A係直接連結 1〇至第2圖之點B，點c係直接連結至第2圖之點D，而提供有 零拍鎖相回路之裝置。使用零拍鎖相回路，主雷射11〇之輸 出與從雷射120之輸出須為相等頻率。 第2圖所示先前技術裝置提供鎖相回路之設計限制可 經由使用光注入鎖定而鬆弛。但測得之相位雜訊仍然為高 15雜訊[於十千赫兹（KHz)偏壓時大於-95 dBc/Hz]。相位雜訊 譜仍然與主雷射及從雷射之線寬有相依性，但該相依性可 錯回路移轉功能而予降低。 如岫文討論，當使用外差鎖相回路時，於光偵測器 130產生之拍頻係等於偏壓產生器151之頻率。若外差輸出 20可於各種射頻或局部振盈器頻率間切換，則偏壓產生器也 須可於該等頻率間切換。先前技術裝置使用可切換或複數 個射頻參考信號產生器來放大調變得自單一雷射之光，而 未仰賴光外差及光注入，此種先前技術裝置為業界已知。 例如參考Daniel Yap等人，「局部振盪器信號分配用之經切 200307383 玖、發明說明 換之光子鏈路」，IEEE光子技術函件，第12卷，第11期， 2〇〇〇年11月，1552-1554頁。使用光外差及光注入裝置也 要求使用可切換或複數個射頻參考產生器，提供極少優於 此項先刚技術之優點。 5 如此業界仍然需要有一種可切換頻率合成器，其可產 生一射頻載波或局部振盪器信號，且帶有低相位雜訊，且 將振幅起伏波動最小化，而無需一可切換射頻參考產生器 或複數個射頻參考產生器。 C發明内容;j 10 發明概要 15 20
本發明具體貫施例係基於一種產生多重調性光波信费 之已知方法，該信號可轉變成一可切換之射頻載波或局苦丨 振盪器信號。該種已知方法係基於光外差，其中二光波名 周f生間之（差）拍頻用來產生射頻調性。兩種不同之單一謂 性雷射（例如分散回授雷射二極體）可產生二光波長調性。 使用此種方法，射頻調性之相位雜訊因二單一調性雷射之 線寬及其它相位雜訊特性而降低。本發明具體實施例可達 成一種可切換射頻調性，其具有比較只使用光注入鎖定之 先前技術裝置遠更低的相位雜訊。 "本發明具體實施例具有至少二「從」雷射，從雷射係 光注入鎖定於一「主」雷射產生之不同調性，主雷射較佳 為多重調性、模式鎖定雷射可產生單—光外差輸出之具體 2例包含二從雷射。二單一調性「從」雷射可被視為一 次雷射及二次雷射。_光電子鎖相回路用來縮小—次雷射 10 ^0307383 玖、發明說明 線：。此種回路使用一次雷射之零拍輸出以及用來光注入 ^定該雷射之調性（該調性係來自模式鎖定雷射），而對第 田射產生-回授修正信號。另_可切換之光電子鎖相回 $路係用來減少經由組合一次雷射與二次雷射之輸出產生之 5外差信號之相位雜訊。此種回路將該外差輸出轉成電子信 號，使用可切換電子分頻器來降低該外差信號頻率，使得 低雜訊射頻參考振盪器來比較經分頻之信號，且產生錯誤 仏琥供二次雷射之回授修正。該射頻參考振|器也用於相 位鎖定該模式經鎖定雷射之各種調性。如此甚至也可抵消 1〇模式鎖定雷射之若干相位雜訊。 不同射頻載波或局部振盪器信號頻率可經由將二單一 調性「從」雷射光注入鎖定於由「主」模式鎖定雷射產生 的不同成對調性而產生。此等頻率係出現於分開階，各階 係對應於由射頻參考振盪器設定之模式鎖定雷射之調性間 15隔。信號頻率可經由改變二次雷射之電流驅動或溫度而予 切換。同理，電子分頻器之分頻比可經切換來匹配選用的 L说頻率。 本發明具體實施例可達成射頻及光波調性產生，其相 位雜訊可娘美射頻參考值之倍數相位雜訊。先前技術辦法 2〇其僅使用光注入鎖定，仍然可產生外差調性，其相位雜訊 比射頻參考值倍數相位雜訊惡化數次羃幅度。本發明之具 體實施例使用光電子鎖相回路來將外差輸出鎖定於射頻參 考值。如此該外差輸出之相位雜訊顯著減低。本發明之其 它具體實施例使用外差鎖相回路及零拍鎖相回路來提供回 11 200307383 坎、發明說明 杈^號給二次雷射及一次雷射二者。雙重鎖相回路也可降 低相位雜訊。 圖式簡單說明 第1圖（先前技術）為採用二注入鎖定雷射之外差雷射振 5 盪器之示意圖。 第2圖（先岫技術）為一種裝置之方塊圖，該裝置具有一 攸雷射光注入鎖定於一主雷射，且使用外差鎖相回路或零 拍鎖相回路。 第3圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實施 1〇例之方塊圖，該合成器採用零拍鎖相回路及外差鎖相回路。 第4圖顯示第3圖之合成器之二從雷射之頻譜，該從雷 射係光注入鎖定於多線主雷射之不同調性。 第5圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實 施例之方塊圖，該合成器只採用外差鎖相回路。 15 第6圖顯示於第3圖所示合成器之零拍鎖相回路，該雙 重正父光接收器之一具體實施例之方塊圖。 第7圖顯示於第3圖所示合成器之外差鎖相回路，該可 程式分頻器之一具體實施例之方塊圖。 第8圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實 2〇施例之方塊圖，該合成器係經由使用複數個外差鎖相回路 來合成複數個射頻頻率。 第9圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實 施例之方塊圖，該合成器係經由使用複數個成對外差鎖相 回路及零拍鎖相回路來合成複數個射頻頻率。 12 200307383 玖、發明說明 C實施方式2 較佳實施例之詳細說明 現在將參照附圖更完整說明本發明如後，其中顯示本 發明之較佳具體實施例。本發明可以多種不同形式具體實 5 施’而非視為囿限於此處所示之具體實施例。 根據本發明之射頻光波合成器200顯示於第3圖。射頻 光波合成器200包含二主要次系統，亦即一第3圖顯示於虛 線框210内部之光注入鎖定次系統，以及一第3圖顯示於虛 線框230内部之光外差鎖相回路。射頻光波合成器之其它 10具體實施例也包括一光零拍鎖相回路，該回路於第3圖顯 示於虛線框220内部。來自合成器2〇〇之輸出包含光子局部 振盈器信號或載波，其可用作為外部調變光子鏈路之光發 射器源。如此輸出可藉光波調變器291使用射頻信號調變 。經調變或未經調變的光輸出隨後可藉光偵測器293、295 15 而被轉成電信號。 光注入鎖定次系統包含一主雷射2〇 1，以及二單一調 性（單一波長）從雷射211、213，其較佳為分散回授雷射二 極體。從雷射211、213之光輸出較佳係透過光搞合器240 組合而產生外差輸出。光搞合器240可為光纖搞合器、光 20 ‘搞合器、或&供光搞合能力之積體光裝置。光輸出也可 組合自由空間光組合器，例如極性選擇性分束器/組合器 以及極性旋轉器。其它組合從雷射211、213之光輸出之裝 置也可使用，且通常為熟諳技藝人士已知。 二分開雷射之調性之光外差俾產生一局部振盪器信號 13 200307383 玖、發明說明 二業界*所周知。如LGgan所述，光外差輸出之相位雜訊 可經由將二雷射注入鎖定於單一雷射源而予降低相位雜訊 。本發明之較佳具體實施例有多線（或多調）參考雷射2(Π， 5 10 /、久乍為主」振I裔，供光注入鎖定由二或二以上單一 调！!雷^211、213產生的調性，該二單一調性雷射被視為 攸」雷射。光注入鎖定方法為眾所周知。多線參考雷射 之#乂佳版本為模式鎖定雷射，該模式鎖定雷射主動鎖定於 射頻參考振蓋器203。射頻參考振盪器加設定模式鎖定雷 射201之_ δ周性間之間隔，且確保調性間隔為交互關聯， 各周f生本身有車父大線覓。外差輸出信號頻率可經由切換 k」田射211、213之注入鎖定範圍予以切換，讓從雷射 重合得自模式鎖定雷射201之不同對調性。 第4圖顯示可藉模式鎖定雷射2〇丨而產生之範例光梳 4〇1。如第4圖所示，模式鎖定雷射2〇1產生頻率分開約2.5 15 GHz之光信號。從雷射211、213可經組配而鎖定於光梳 4〇1之不同調性或頻率。第4圖顯示從雷射2li、213鎖定於 刀開光h唬，其頻率差約10.0 GHz。注意由從雷射211、 213輸出之貫際光信號，當該光信號並非接收自主雷射1 之光注入信號（亦即從雷射為自由操作）時，該從雷射輸出 2〇之實際光信號可能與光梳401之調性略有差異。第4圖顯示 自由操作從雷射光輸出421、423，與光梳頻率略有偏差（ 亦即走調），但係於從雷射之注入鎖定頻寬以内。只要來 自自由操作從雷射211、213之光輸出留在該注入鎖定頻寬 以内，則當光注入信號施加於其上時，從雷射2U、213維 14 200307383 玖、發明說明 持鎖定於模式鎖定雷射2〇 1。 前述雙重從雷射光注入鎖定辦法產生一種外差輸出， 該外差輸出之相位雜訊係追蹤射頻參考振盪器之相位雜訊 ，乘以外差輸出頻率。但也有額外殘餘相位雜訊，該殘餘 5相位雜訊單純係由於光注入鎖定辦法所纟。殘餘相位雜訊 主要係依據自由操作從雷射之線寬、從雷射之光注入鎖定 頻寬、及走調所致。頻率走調為自由操作從雷射頻率與得 自主雷射之該從雷射所鎖定之調性頻率間之差。先前技術 所達成之最佳值對小於丨百萬赫茲（MHz)之載波（尖峰頻率） 1〇之偏差而言為殘餘相位雜訊約等於-120 dBc/Hz。 為了將殘餘相位雜訊減至最低，希望有大注入鎖定頻 寬及零走調。鎖定頻寬之最大容許值係由模式鎖定雷射之 凋[生間隔決定。零拍光鎖相回路次系統22〇可提供確保從 田射之一亦即一次雷射21丨係設定於零走調。零拍光鎖相 回路次系統220係使用多重調性主雷射2〇丨及一次從雷射 211之輸出。來自主雷射2〇1及一次從雷射211之光輸出耦 口成為雙重正交光接收器221。該等輸出之頻率與相位 間之任何差異，結果導致由光接收器221產生之電子錯誤 號光接收為221為業界已知，且係由二光價測器以正 2〇父組態排列組成，於多種情況下接著為電子前置放大器。 光接收器輸出係饋入回路渡波器223，典型為第二階渡波 器，其輸出係組合一次從雷射211之偏壓電流，俾減少回 路的相位錯誤。回路濾波器之設計為業界已知。 正交光接收器221之一項可能實作顯示於第6圖。此種 15 200307383 玖、發明說明 實作係由Kazovsky及Atlas述於「1320奈米實驗鎖相回路： 於140 MB/s及2 Gb/s之效能研究與PSK零拍實驗」，光波技 術期刊，第8卷，第9期，；1990年9月，1414_1425頁。此種 光接收器221包含-光3分貝搞合器5〇1，該輕合器5〇ι具有 5二光輸入及二光輸出。光3分貝耦合器501為業界已知，且 可由積體光波導裝置或光纖裝置提供。 第6圖所示光接收器221中，3分貝耦合器5〇1之光輸出 係耦合至主雷射201及一次從雷射2Π之光輸出。3分貝耦合 态501之兩個光輸出各別饋送二光偵測器二極體511、513之 10 一。二光偵測器二極體5 11、513係於逆偏壓平衡及差異組 態電連結，如第6圖所示。由二光偵測器511、513產生之輸 出電流藉跨阻抗放大器521而轉成電壓。跨阻抗放大器之輸 出電壓係與sin(27rfIFt+(|)(t))成正比，其中fIF為主雷射2〇1之 调性與一次從雷射2丨丨之輸出間之頻率差。相位項+(t)係得 15自主雷射調性與一次從雷射輸出間之相位差。 使用第6圖所示光偵測器二極體511、5 13之組態，一 次從雷射211及主雷射201係正交鎖定，換言之來自雷射 201、211之信號具有彼此相對相位==9〇度。該二雷射經由 將二光偵測器陽極（或陰極）連結在一起，以及經由將該點 20 連結至跨阻抗放大器521之輸入端，而以名目〇度相位差耦 合。二光偵測器二極體之電源供應電壓須設定為可透過各 二極體提供反向偏壓。 較佳實務中，窄頻光濾波器531係位於主雷射201之出 口與其3分貝耦合器501之對應輸入端間。濾波器531係組 16 200307383 玖、發明說明 配成只能通過用於光注入鎖定一次從雷射211之調性。本 正父光接收221之組態中，φ⑴表示一次從雷射211與其 須鎖定之主雷射調性間之相位誤差。如此零拍鎖相回路 220帶有正交光接收器221對抗一次從雷射211變成走調的 5傾向。一次從雷射211當其於自由操作模式時之線寬，指 示一次從雷射211當注入鎖定時變成走調的趨勢。 使用零拍鎖相回路，結合單線主雷射之光注入鎖定， 由R· Rames及A. C· Bordonalli說明。但本發明具體實施例 使用零拍鎖相回路與多線主雷射之新穎組合。由於希望只 10使用主雷射201之一線供相位鎖定，本發明之零拍鎖相回 路220較佳為有限頻寬。如此回路濾波器223須具有頻寬遠 小於模式鎖定雷射201之調性間隔，該間隔約為i GHz。因 此回路濾波器223包含被動低通濾波器。較佳一次從雷射 211具有頻率調變反應，於振幅及相位上維持均一，俾調 15 變頻率超出回路濾波器223之預定頻寬頻率。 一次從雷射211係藉光注入鎖定以及藉電回授（經由鎖 相回路電回授）鎖定。光注入提供一次從雷射211追蹤注入 主雷射201線頻率之緩慢變化。從雷射頻率之緩慢變化也 受注入鎖定的壓抑。一次從雷射211之相位起伏波動（或雜 20訊）對於與中心頻率之較小頻率偏差而言，變成與注入雷 射線之相位起伏波動有相干性。中心頻率為於無相位或頻 率起伏波動時出現的頻率。注入主雷射線頻率之更快速變 化只能藉鎖定於主雷射201之一次從雷射211部分追蹤。同 理，從雷射頻率之更快速變化只受到部分抑制。鎖相回路 17 200307383 坎、發明說明 (亦即電回授）設計成可補償此等較為快速變化。結果鎖相 回路較佳具有濾波器頻寬係大於主雷射2〇丨及一次從雷射 211之線寬。鎖相回路對光注入鎖定一次從雷射2丨丨之影響 係對屬於濾波器頻寬範圍内之該等頻率偏差，減少其與主 5雷射201之相位偏差。對多種感應器應用用途例如雷達而 吕’感興趣之頻率偏差範圍低於1 MHz，且係在鎖相回路 所能達成之頻寬範圍内。 零拍鎖相回路控制一次從雷射211之驅動電流或溫度 ，俾確保一次從雷射2丨丨之走調設定為零。但因從雷射21 i 1〇 、213二者之有限線寬，外差輸出相位雜訊降低。零拍鎖 相回路次系統220減少因一次從雷射2丨丨之線寬造成的劣化 。外差鎖相回路次系統減少因二次從雷射213之線寬造成 的劣化。 外差鎖相回路次系統230包含二從雷射211、213、組 15合其輸出端之光耦合器24〇、產生外差（典型為差頻）信號之 監視器光偵測器23 1、可程式分頻器233、電子相位偵測器 237及回路濾波器239。射頻振盪器203提供參考信號給相 位偵測器237。分頻外差信號與參考信號間之任何差異產 生錯誤信號，其用來調整二次從雷射213。 20 其次說明分頻器比之選擇。例如若二從雷射211、213 經施加偏壓，故其光注入鎖定頻帶匹配緊鄰之主雷射2〇1 調性’則外差輸出頻率係同射頻振盈器參考頻率Μ]。若 «雷射211、213之調性匹配主雷射2 〇 1之調性，主雷射2 〇 1 之调性間隔2調，則分頻比須為2。同理，若從雷射調性匹 18 200307383 玖、發明說明 配主田射调性（其間隔⑽周），貝"亥分頻比須為N。局部振逢 為（L〇)選擇器235選擇二次從雷射213之分頻比及自由操作 頻率。 可耘式分頻态233之一項可能實作顯示於第7圖。如第 7圖所不，光偵測器23 1之外差輸出為電流，該電流較佳係 藉交流耦合裝置601耦合成為跨阻抗放大器6〇3。跨阻抗放 大°。6〇3之電壓輸出係導向入倍頻器電路605。此種倍頻器 電路605之輸出為電信號，該電信號頻率為外差信號頻率 之兩么。倍頻器電路為業界眾所周知，且可以多種方式實 10現。其中一種方式包含整流器與高通濾波器的組合。由倍 頻為電路605輸出之倍頻信號係作為計數器6〇7之時計，其 產生預定分頻信號。 第7圖顯示計數器607之具體實施例，但也可使用業界 已知之其它實作。上下計數器電路用於該計數器，也連同 15使用預定計數之暫存器⑶、胤正反器⑶及若干比較邏 輯625。計數器607計數至其值等於預定分頻比為止。然後 計數器607倒數至其值等於零為止。然後重複該週期，計 數器607 «十數至預疋分頻比。j/K正反器之輸出控制計 數态607之方向。j/K正反器623之輸出較佳係藉來自電路 20 233之交流輕合裝置6〇1交流輕合，且係作為相位指示信號 ’其為可程式分頻器233之輸出。 相位指示信號須具有與射頻振盪器參考信號相同的頻 率。相位指示信號及射頻振盪器參考信號二者被饋至射頻 相位偵測器237，#可實施為射頻混合器。才目位侦測器⑽ 19 200307383 玖、發明說明 之輸出具有光譜内容接近直流，且於相位指示信號頻率之 為波。但唯有接近直流之資訊才有回路濾波器通過。 前文討論組合零拍鎖相回路與光注入鎖定從雷射之相 同效果也適用於組合外差鎖相回路與光注入鎖定從雷射。 5因外差輸出係與射頻振盪器參考信號203比較，主雷射2〇1 及從雷射211、213之線寬之劣化效應減低。此外注意一次 雷射211追蹤模式鎖定雷射調性作為零拍鎖相回路次系統 220之結果。採用兩種方法來減低外差輸出之相位雜訊。 光學注入二次雷射213之調性與光學注入一次從雷射2丨j之 10调性間分開（頻率分開）之量係由主動模式鎖定主雷射20丨之 射頻振盪器參考信號決定。此外一次從雷射與二次從雷射 211、213間之光輸出之頻率間隔係利用外差鎖相回路次系 統230修正，該鎖相回路次系統23〇具有相同射頻振盪器作 為參考。如此因相同射頻振盪器2〇3用來產生外差信號（經 15由模式鎖定雷射及光注入鎖定方法），以及產生外差鎖相 回路之相位修正信號，故相位鎖定主雷射2〇丨促成之相位 雜訊被壓抑至某種程度。 由合成為200之光搞合裔240輸出之光外差輸出，具有 調性係於從雷射211、213之調性和及差。當組合輸出係藉 20光偵測器而轉成電信號時，電信號頻率典型為差頻分量（ 原因在於光偵測器具有損耗通過濾波器反應）。當本發明 之具體貫施例使用二從雷射時，從雷射之二調性之差頻可 考慮為局部振盪器（LO)頻率。如此來自光偵測器295直接 耦合至光耦合器240之輸出端之輸出，產生一電信號，其 20 200307383 坎、發明說明 可為射頻載波信號或LO信號。 施加另一 RF信號至具有外部調變器291之光耦合器240 之輸出端，提供施加之RF信號可經頻率轉換成為中間頻率 (IF)。然後調變後之光信號可藉光偵測器293轉成電信號。 5 此種方法之數學表示式顯示如後，假設調變器291具有馬 克贊德（Mach-Zehnder)干涉計之移轉參數： ~ ~ΐ{ΐ+ + + 土备mMsin[(6L)L0 土 ω^ΐ + φ]}
z^mod L 2 J
此處id表示光偵測器293偵測得經調變之光信號產生的 光流’ 6JRF表示欲作頻率轉換之RF信號頻率，以及表 10 示由頻率合成器200產生之局部振盪器頻率。較佳外部調 變器291之頻率反應延伸超出ι/2π wRF，俾允許rF信號經 調變而無任何頻寬限制。較佳光偵測器293之頻率反應延 伸超出1/2π 6ϋ L0，俾允許光信號（經調變或未經調變）被轉 成電信號而無頻寬限制。注意若輸入電信號欲於頻率上被 15向上轉換’則光偵測器293之頻率反應需至少為1/2π + ω rf) 〇 如此’本發明之具體實施例可提供光局部振盡器信號 的產生，其可藉RF信號作光學調變，然後透過光電子技術 作頻率轉換成為頻率已經位移之射頻信號。其它本發明具 20體實施例可維持經調變之光信號於其光學形式供透過光纖 傳輸。本發明之具體實施例也可用於產生具有低倍增相位 雜訊之純然RF信號，其可用作為RF載波信號或局部振盪 參考信號。 21 200307383 玖、發明說明 如則述，本發明之另一具體實施例只包含外差鎖相回 路。第5圖顯示本發明之具體實施例，此處外差鎖相回路 控制二次從雷射213，但零差鎖相回路未用於控制一次從 雷射211。本發明之此一具體實施例具有比第3圖所示具體 5實施例略高的雜訊特性，但因零拍鎖相回路的消除故較不 複雜。 可同時產生若干LO信號或載波之合成器，可經由額 外二次從雷射實現，可能也有額外一次從雷射實現。各對 一-人彳文雷射及二次從雷射將產生分開外差輸出信號，而可 10藉分開外差鎖相回路控制。此外各對一次從雷射及二次從 雷射可光注入鎖定於一對由主多線雷射參考產生的調性。 為了產生具有不同頻率之外差輸出信號，各對從雷射係經 光注入鎖定於有不同間隔之主雷射調性。重要的為調性間 隔’而非主雷射之特殊調性。來自主雷射之相同調性可用 15 於光注入鎖定若干從雷射，其也可來自不同對從雷射對。 第8圖顯示本發明之一具體實施例，其中複數個外差 鎖相回路230a，b，c用來產生複數個RF載波信號或l〇信號及/ 或複數個經調變之RF信號。第8圖所示頻率合成器包含主 模式鎖定雷射201、RF振盪器參考203、及零拍鎖相回路 20 220。但分開外差鎖相回路230A，B，C用於各分開射頻頻率輸 出。如前文討論，各外差鎖相回路230A，B,C包含一個二次 從雷射213 a，b,c、一接收來自一次從雷射211及二次從雷射 213a，b c之輸出之光搞合器240a b c、一光债測器23 1 Δ D 、 一可程式分頻器233a，b,c、一 LO選擇器235A，BC、一相位偵 22 200307383 玖、發明說明 測斋237a，b，c、以及一回路濾波器239a，b,c。各二次從雷射 213A,B，c可注入鎖定於不同模式之主雷射2〇1，故由各個光 耦合器240a，b，c之輸出信號導出之RF信號將為不同頻率。 RF載波信號或LO信號可經由使用光偵測器295abc產生， 5而將光信號由光耦合器240A，B，C轉成電信號。經調變之RF 仏號可經由使用光波調變器291A B C產生來調變光信號， 然後使用光债測器293A，B,C來將光信號轉成電信號。如前 文討論，也須注意，本發明之產生複數個射頻頻率輸出之 其它具體實施例也使用零拍鎖相回路220用於控制一次從 10 雷射211。 夕對一次及一次從雷射也可用於如第9圖所示，產生 複數個RF頻率輸出。RF振盪器參考2〇3控制主雷射2〇i而 產生具有複數個模式之光梳。然後主雷射2〇1之輸出轉合 各對一次從雷射211!，2及二次從雷射213i2。如前文討論， 15外差鎖相回路23〇ι，2用於控制各個二次從雷射213ls2之輸出 。零拍鎖相回路22(^ 2用於控制各個一次從雷射211i，2之輸 出使用多對一次及一次從雷射之頻率合成器之其它具體 貫施例可能未使用零拍鎖相回路來控制一次從雷射2丄又 1，2 。此外多對一次從雷射及二次從雷射，來產生複數個射頻 20頻率輸出，允許獨立匹配一次及二次從雷射輸出功率。此 種功率匹配可改進外差處理效率。 由别文δ兒明’热者技藝人士顯然易知本發明有多項優 點，其中若干優點說明於此處，其它優點為本發明具體實 施例所特有之優點。此外須了解可未悖離前文主題教示， 23 200307383 玖、發明說明 對此處所述頻率合成器做出多項修改。如此除隨附之申請 專利範圍要求之外，本發明並非限於所述具體實施例。 【圖式簡專^說^明】 第1圖（先前技術）為採用二注入鎖定雷射之外差雷射振 5 邊:器之示意圖。 第2圖（先前技術）為一種裝置之方塊圖，該裝置具有一 從雷射光注入鎖定於一主雷射，且使用外差鎖相回路或零 拍鎖相回路。 第3圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實施 10例之方塊圖，該合成器採用零拍鎖相回路及外差鎖相回路。 第4圖顯示第3圖之合成器之二從雷射之頻譜，該從雷 射係光注入鎖定於多線主雷射之不同調性。 第5圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實 施例之方塊圖，該合成器只採用外差鎖相回路。 15 第6圖顯示於第3圖所示合成器之零拍鎖相回路，該雙 重正父光接收器之一具體實施例之方塊圖。 第7圖顯示於第3圖所示合成器之外差鎖相回路，該可 程式分頻器之一具體實施例之方塊圖。 第8圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實 20施例之方塊圖，該合成器係經由使用複數個外差鎖相回路 來合成複數個射頻頻率。 第9圖顯示根據本發明之射頻光波合成器之一具體實 施例之方塊圖，該合成器係經由使用複數個成對外差鎖相 回路及零拍鎖相回路來合成複數個射頻頻率。 24 200307383 玖、發明說明 【圖式之主要元件代表符號表】 ίο…射頻參考振盪器 12，110，201…主雷射 16，18，120…從雷射 10卜··外差鎖相回路 130，293，295…光偵測器 140 ’ 223，239，239a，b，c …回路濾波器 15卜··偏壓產生器 153…相位偵測器 155···調變器 200···射頻光波合成器 203···射頻振盪器參考 210···光注入鎖定次系統 211，21112----次從雷射 213，213U2，213a，b，c … 二次從雷射 220，220U2…光零拍鎖相 回路 221…正交光接收器 230 ’ 23(^ 2，230a，b，c … 光外差鎖相回路 231 ’ 231A B C…監視器光 偵測器 233，233A,B,C…可程式分 頻器 235，235a，b，c…局部振盈 器選擇器 237 ’ 237a,b,c…電子相位 偵測器 240 ’ 240a,b,c…光耦合器 291···光波調變器 410…光梳 421，423…從雷射光輸出 5〇卜··光3分貝耦合器 511，513…光偵測器二極體 521，603…跨阻抗放大器 53卜··窄頻帶光濾波器 60卜"交流耦合裝置 605…倍頻器電路 607···計數器 62卜··暫存器 623··· J/K正反器 625···比較邏輯
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