[发明专利]集成的自注入锁定锁相环光电振荡器

说明书

本申请是基于申请号为US13/796,446、申请日为2013年3月12日的美国专利，上述专利申请公开的内容作为本申请的参考。

技术领域

本发明公开内容涉及一种易于实现并且价格低廉的用于控制光电振荡器(“OEO”)的系统和方法。在优选的实施方案中，光电振荡器能够产生重复的电子正弦波或任意波和/或连续的电调制波或脉冲光信号。

背景技术

一般来说，除了电源直流(DC)功率形式的能量外，光电振荡器从光源处，如激光器，获得泵浦持续功率。通过利用窄带滤波机制满足振荡频率所需的增益和相位特性，能量被转换成基于有效功率转换的射频(RF)信号和微波信号。光电振荡器通常表现出低损耗光延迟、低温度敏感性，且能以模块化结构实现。与电子振荡器相比，无论是从短期还是长期来说，这些优点通常使得光电振荡器拥有高的品质因数和更好的稳定性。

例如，在系列号为US13/760,767的美国专利申请中公开的自注入锁定锁相环(ILPLL)光电振荡器，上述专利申请公开的内容作为本申请的参考。在该申请公开的光电振荡器中，纯正弦振荡信号的维持是通过从促进近端载波相位噪声的周围干扰源中自动过滤出持续信号。相位噪声的减少可以通过多种方法实现，包括光纤延迟线的多个长度和定制的光接收器，为在闭环部分的自注入锁定(IL)、自锁相环(PLL)和/或自锁模功能提供多电性参考。这些组件均有助于在馈送到调制器的电反馈信号满足它自身在振幅和相位上的一些振荡条件的情况下，支持自持续振荡的低噪声稳定射频振荡器结构。同时，任何相位误差的修正均利用在自注入锁定与相位锁定环中的可调射频振荡器，及在自锁模中的光学激光源与调制器的反馈系统提供。在系列号为US13/760,767的美国专利申请中，光电振荡器的频率输出受控于一些因素，例如光纤延迟长度、马赫-曾德尔调制器的工作条件以及用于振荡信号窄带滤波的光学横向射频滤波器的带通特性。

这类光电振荡器通常由分立的器件组成，需要大体积，具有高功耗以及生产成本高。此外，由于大量分立部分的组装，这类光电振荡器一般都要考虑震动和G-敏感问题。这些问题限制了光电振荡器在一些环境下的实用性及应用可能，例如商业和军事环境。

此外，利用自注入锁定锁相环减少相位噪声并不能得到充分商业可行的产品，除非主要低噪和高效地设计创新被考虑进来迁就一个低成本的制造工艺，以满足以较低的成本实现不断增加的服务质量的需求。因此，光电振荡器有必要具有设计拓扑，以满足在小尺寸和低成本中实现稳定的超低相位噪声频率合成器的设计限制。

发明内容

关键是发展利用硅CMOS、BiCMOS技术集成光子组件，消除大体积和/或分立的微波组件的需求。

本发明的一个方案提供了用于维持振荡光信号的单片集成光电振荡电路。该振荡电路包括具有至少一条用于接收光信号第一部分的光纤延迟线的注入锁定电路。该振荡电路还包括具有至少两条用于接收光信号第二部分的光纤延迟线的锁相环电路。该振荡电路进一步包括用于产生稳定振荡信号以响应每一个由光信号的第一部分衍生的注入锁定信号和由光信号的其他部分衍生的锁相环信号的单片集成压控振荡器。稳定的振荡信号可用于射频调制光信号。在一些方案中，至少一条光纤延迟线可集成在直径大约为1英寸或更小的心轴上。该心轴被树脂乳液所覆盖。注入锁定电路的光纤延迟线具有比锁相环电路的每一条光纤延迟线都短的长度，以分别显著的改进远端和近端相位噪声。

在本发明的一些方案中，振荡电路进一步包括至少一个耦合到锁相环电路的相位探测器，并用于确定在至少两条光纤延迟线中每一条传播的各自信号间的相位差。

包括在振荡电路中的压控振荡器可包括耦合到注入锁定电路的谐振器。谐振器用于接收光信号的第一部分衍生出来的处理信号。谐振器还可被耦合到一对动态调谐的谐振器中。每一个动态调谐的谐振器都可被耦合到锁相环电路的各自光纤延迟线中，并用于接收光信号的其他部分衍生出来的处理信号。在一些方案中，谐振器可电容地耦合到每一个动态调谐的谐振器中。谐振器可以是微带线谐振器，且可以是超介质的消逝模组合网络。谐振器的相位可被相位调谐电路动态调谐，相位调谐电路耦合到谐振器和动态调谐的谐振器中的每一个。