[发明专利]一种光电振荡器

说明书

本发明提供一种光电振荡器，包括：DFB激光器，用于生成本振光信号；延时光路，用于将本振光信号进行延时；光电混合反馈回路，用于对本振光信号和输入光载波进行下变频处理得到低频电载波，对电载波进行窄带滤波，对延迟后的本振光信号与滤波后的电载波进行上变频处理输出光载波；其中，延时光路产生的光延时与光电混合反馈回路产生的电延时相匹配，以消除附加在输出光载波上的本振光信号的相位噪声。本发明的实施例利用电辅助的方法等效实现了高达1.4×10⁷的Q值，腔内时延及增益均由电器件提供，避免了长光纤引起的对环境因素敏感以及由光放大器引入的大噪声。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体地说，涉及一种用于生成单纵模、超窄线宽激光的光电振荡器。

背景技术

单纵模、窄线宽激光器在很多应用中都具有极其重要的作用，比如用于光纤感知、光纤通信以及微波频率产生。所谓单纵模，即输出光在频域表现出单频特性，这一点在需要对光进行调制时非常重要。因为一般的多纵模激光器的纵模间隔都比较窄，当对其进行调制(尤其是高速数字调制)时，多个纵模会被同时调制导致频谱重叠，使系统误码率上升。除此之外，在对光的频域特性较为敏感的模拟调制领域比如光频域反射测量中，多纵模也会对测量结果产生很大的干扰。目前得到广泛商用的半导体DFB激光器即是单纵模激光器的典型代表。

所谓窄线宽(这里定义为3dB线宽在kHz量级)，即输出光的相位噪声小。由于各种外部和内部因素的影响，输出光的相位会产生偏离于理想状态的随机起伏，其大小可以由相位噪声衡量，并且与激光器线宽有直接联系。低相噪的光源可以降低相干光通信中接收机的噪底，从而提高接收机的灵敏度；而在相干光频域反射测量中，其良好的相干性可以大大提升测量距离。一般商用的光纤激光器即是窄线宽激光器的代表。

众所周知，由Schawlow-Townes关系所限制的极限线宽和激光腔的品质因数(Q值)的平方成反比，而在大多数情况下Q值正相关于腔时延。但是大的腔延时会导致自由光谱范围(FSR)的显著下降从而引起跳模和多模震荡现象。因此，为了同时保证单纵模和窄线宽，必须在长延时腔的基础上加入窄带滤波器。

大部分前人的工作都是在超长光纤延时条件下得到窄线宽激射并进行窄带滤波选模的。比如由两个光纤环或法布里-珀罗谐振腔组成的复合腔结构，它可以通过自身具有的两个差别很大的自由光谱范围来实现在大量密集的纵模中选出一个模式的功能。这种复合腔的功能也可以由随机瑞利散射效应实现。一些非线性效应也可以用来实现窄带滤波，比如受激布里渊散射增益和在无泵浦的掺铒光纤中由驻波和饱和吸收效应产生的自适应光栅。此外，移相布拉格光栅、FP腔或光纤环传统光滤波器以及新出现的一些基于集成技术的微腔结构也可以作为窄带滤波器。

然而，以上提到的现有技术方案都是有着明显缺陷的。首先，半导体DFB激光器由于腔长过短，在原理上就很难实现窄线宽。其次，传统的移相布拉格光栅等光滤波器的Q值不够高(即一般只能达到GHz量级的带宽)，而一般光纤激光器的纵模间隔在MHz量级，无法实现单模滤波。另外，基于复合腔和非线性效应的窄带滤波都需要长光纤结构，对环境甚至对入射光功率的变化十分敏感。还有，虽然微腔结构的Q值很高(可达10⁸以上)，也较为稳定，但是需要很高的工艺水平。

因此亟需一种基于光纤的简单可靠的光电震荡器来生成单纵模窄线宽激光。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中传统光滤波器通带带宽过宽，而基于非线性效应的窄带光滤波性能不够稳定的技术缺陷。

本发明提供一种光电振荡器，包括：

DFB激光器，用于生成本振光信号；

延时光路，用于将本振光信号进行延时；

光电混合反馈回路，用于对本振光信号和输入光载波进行下变频处理得到低频电载波，对电载波进行窄带滤波，对延迟后的本振光信号与滤波后的电载波进行上变频处理输出光载波；