[发明专利]一种基于光子滤波的光电振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及光电混合技术领域，特别是涉及一种基于光子滤波的光电振荡器。

背景技术

高质量微波信号在光纤、微波、卫星通信，雷达系统，精密仪器仪表以及高精度测量方面均有重要应用。目前广泛应用的高质量微波源大都依赖于高Q值微波储能器件(如介质谐振腔振荡器)或声表面波器件(如石英晶体振荡器)。这两类器件在几MHz至几GHz频段工作时有良好的表现。但是在X频段乃至更高频率工作时，由于需要经过多次倍频，这些器件所产生的微波信号质量随着频率的增加而急剧恶化。光电振荡器(Optoelectronic Oscillator，以下简称OEO)的出现有效解决了这一问题。它是由光源、光调制器、光纤、光电探测器、滤波器、放大器等组成的光电混合正反馈环路。其中光纤作为时间延迟和储能单元，与其它元件一起组成高Q值低损耗环路，从而产生高纯度、低相位噪声的微波信号。OEO的一个显著特点是，它所产生的微波信号相位噪声与振荡器工作频率无关。因此与传统微波振荡器相比，OEO更具潜在优势。

在OEO中，光纤长度决定了系统Q值。如果不考虑激光器的相对强度噪声和放大器噪声，OEO输出微波的相位噪声随着光纤延时的增加而呈二次方下降趋势。选择长光纤是提高OEO输出微波信号质量的主要途径。但是随着光纤长度的增加，OEO腔内纵模间距可能减小到几十kHz量级，要选择出单一振荡频率需要相当窄的电滤波器，这在高频段是难以实现的。为了实现高质量单模输出，研究人员提出了双环路及多环路的OEO结构。在多环路结构下，OEO起振模式由所有环路共同支持的模式决定，系统模间距变宽，采用带宽相对较大的带通滤波器仍可实现边模抑制比较高的单模输出。目前采用多环路的商用高质量OEO在10GHz工作时，其微波相位噪声在频偏10kHz处可以达到-163dBc/Hz。除多环路结构外，通过注入锁定的方式也可以实现较高的边模抑制比。

但是以上讨论的OEO都属于中心频率固定的类型，只能在某一频点附近工作，限制了其应用范围。为实现输出频率的可调谐性，则需要选择可调谐窄带滤波器以及宽带放大器。目前比较成功的方法是采用钇铁石榴石(YIG)型可调谐滤波器的结构。已报道的结果实现了6-12GHz连续可调的微波输出。其最高工作频率以及调谐范围受限于YIG滤波器的性能。但是YIG滤波器在高频段带宽依然较大(～40MHz@30-40GHz)，插入损耗也相对较大，需要采用多环结构并提供足够的电增益，成本较高。此外，最近也有基于可调谐光源(TLS)以及法布里珀罗腔半导体激光器(FP-LD)的可调谐OEO方案。该方案利用OEO中调制器产生的调制边带与FP-LD纵模拍频产生窄带微波信号从而替代微波滤波器，可调谐特性则通过改变注入激光波长或改变FP-LD的工作温度来实现。为保证稳定运行，FP-LD需要采用温控措施。该方案的不足在于：1.如果采用可调谐激光器控制振荡频率，会大幅度提高系统成本，且不利于系统集成；2.由于系统中FP-LD需要工作在非激射状态，其各纵模强度容易发生变化，存在不稳定性因素，为保证系统可靠运行，需要对FP-LD做精确温度控制。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种基于光子滤波的光电振荡器，以解决现有技术中存在的不足，有效满足OEO的宽带可调谐，工作稳定，结构紧凑的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光子滤波的光电振荡器，用以保证光电振荡器的宽带可调谐，工作稳定以及结构紧密。

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于光子滤波的光电振荡器，所述振荡器包括：

电光调制器，用于将入射的激光调制为携带光电振荡器系统时钟的光信号，调制频率为光电振荡器的振荡频率；

光耦合器，用于将电光调制器调制后的光信号中符合预设功率值的部分耦合入后继环行器；

光环行器，用于接收光耦合器所耦合的光信号，并将接收的光信号传递给放大反馈半导体激光器，同时保证光信号的单行传输；

放大反馈半导体激光器，用于对光环行器传递的光信号进行滤波和放大，同时通过调整放大反馈半导体激光器调相区的注入电流来调整振荡器的振荡频率；

光电探测器，用于将放大反馈半导体激光器处理的光信号转化成电信号，并将转化后的电信号传输给微波放大器；

微波放大器，用于放大光电探测器转化后的电信号，使光电振荡器系统增益大于振荡阈值；

微波功分器，用于接收微波放大器所放大的电信号，并按照预设需求选取一部分微波能量传输给微波移相器；