[发明专利]具有光谐振器的光电振荡器

说明书

本申请要求1999年1月27号申请的美国临时申请第60/117568号、1999年1月26号申请的美国临时申请第60/117452号、和1999年1月26号申请的美国临时申请第60/117451号的权益。

公开的渊源

此处描述的该系统和技术是在满足NASA合同要求的工作性能的条件下进行的，并符合公法96-517(35 USC 202)条款的规定，其中选择承约人保留权利。

发明背景

该申请涉及产生振荡信号的方法和装置，更具体涉及通过利用光电振荡器产生振荡信号的方法和装置。

通过利用各种具有能量存储元件的振荡器可产生振荡信号。能量存储元件的品质因数Q或能量存储时间能确定相应振荡信号的光谱线宽。提高品质因数Q或增加能量存储时间可减小振荡信号的光谱线宽，从而提高信号的光谱纯度。

光谱纯射频(RF)振荡器可用于产生、调节(tracking)、清除、放大和分配RF载波。该RF载波在射频谱线范围的通信、广播和接收系统具有重要应用。特别是，其中具有锁相环的电压控制RF振荡器可用于时钟恢复、载波恢复、信号调制和解调、以及频率合成。

可通过利用构成光电振荡器(“OEO”)的电子和光学部件来构造RF振荡器。例如，参见授予Yao和Maleki的美国专利第5723856号和授予Yao的美国专利第5777778号。这种OEO包括可电控的光学调制器和至少一个有源光电反馈环路，该反馈环路包括通过光电检测器相互连接的光学部分和电学部分。光反馈环路接收来自调制器的调制光学输出并将其转换成控制调制器的电信号。当有源光电环路和任何其它附加反馈环路的总环路增益超过总损耗时，环路产生所希望的延迟并将同相电信号提供给调制器，由此产生并维持射频频谱的光学调制和电振荡。

OEO利用光学调制产生频谱范围内的振荡(例如RF和微波频率范围内)，该频谱范围在光谱范围之外。所产生的振荡信号在频率上是可调的，并与其它RF和微波振荡器产生的信号相比，其具有更窄的光谱线宽和更低的相位噪音。值得注意的是，OEO为光学和电子混合器件，因此它可用在光学通信装置和系统中。

根据上述原理可制造各种获得某种操作特征和优点的OEO。例如，另一种OEO是授予Yao和Maleki的美国专利第5929430号中所述耦合的光电振荡器(“COEO”)。该COEO直接将光学反馈环路中的激光振荡耦合到光电反馈环路中的电振荡中。如授予Yao的美国专利第5917179号中所述，也可通过设置至少一个有源光电反馈环路得到光电振荡器，该光电反馈环路可基于受激的布里渊散射产生电调制信号。该布里渊OEO包括反馈环路中的布里渊光学介质，并利用布里渊散射的天然狭窄线宽选择单振荡模式。

发明概述

本公开包括光电振荡器，该振荡器在可电控的反馈环路中具有至少一个高Q的光谐振器。设置光电调制器以响应至少一个电控制信号调制光学信号。将具有光学部分和电子部分的至少一种光电反馈电路与电光调制器耦合，以产生电控信号作为正反馈。反馈环路的电子部分将与反馈环路光学部分耦合的一部分已调制光学信号转换成电信号，并将其中的至少一部分作为电控信号提供给电光调制器。

高Q的光谐振器可布置在光电反馈环路的光学部分中或布置在与光电反馈环路耦合的另一个光学反馈环路中，以便提供足够长的能量存储时间，从而产生窄线宽和低相位噪音的振荡。光谐振器的模间隔等于光电反馈环路的一个模间隔、或多倍模间隔。另外，OEO的振荡频率等于光谐振器的一个模间隔或多倍模间隔。

可以用多种结构实现光谐振器，例如包括Fabry-Perot谐振器、光纤环形谐振器、和以传声廊模式运行的微球谐振器。这些和其它的光谐振器结构能缩小OEO的实际尺寸，并使OEO与其它光子器件和部件集成在例如单半导体芯片的紧凑组件上。

根据详细的说明书、附图和所附加的权利要求书可使这些和其它方面以及相关优点更加清楚。

附图简要说明

图1表示本发明单环路光电振荡器的一个实施例，其中光电振荡器具有光谐振器。

图2A、2B、2C和2D说明适用于图1所示振荡器的模式匹配条件。

图3A和3B表示在图1所示振荡器中对激光器与谐振器之间的相对频率进行有源控制的实施方式。

图4A和4B说明频率控制电路基于高频振动激光器或谐振器所产生的错误信号而运行。

图5表示频率控制电路的实施方式，它收到光电振荡器中由光谐振器反射的光学信号输入。