[发明专利]一种基于光谱分割的可重构光电振荡器

说明书

本发明公开一种基于光谱分割的可重构光电振荡器，该光电振荡器由光源、光隔离器、光调制器、光放大器、阵列波导光栅、MEMS光纤开关、多芯光纤扇入耦合器、泵浦光源、多芯光纤、多芯光纤扇出耦合器、光接收器、电耦合器、电滤波器、电放大器组成，该光电振荡器通过对宽带光源的光谱分割，在单根多芯光纤中构建了一个等效的双环振荡回路，输出相应光电振荡信号。通过MEMS光纤开关进行光电振荡信号频率的调谐，及通过泵浦光源进行光电振荡信号带宽的调谐。本发明解决了常规光电振荡器对窄带光源的依赖，和长度差异明显且分立结构的双环振荡回路导致的输出光电振荡信号稳定性问题，且光电振荡信号的频率、带宽皆可调谐，从而构建一种可重构的光电振荡器。

技术领域

本发明涉及一种光电振荡器，属于微波光子学技术领域。

背景技术

微波/毫米波信号源在雷达、无线通信、星间链路及现代测量等诸多领域有着广泛的应用。传统的电学方法产生髙频微波/毫米波信号通常需要通过倍频实现，此方法会极大恶化信号的相位噪声。由此，利用光子学方法产生微波信号的实践应运而生。光子技术和微波技术融合交叉，促进了彼此的发展，开辟了新的微波光子学研究领域。在微波光子学研究领域相关产生髙频微波/毫米波信号的技术涵盖：光外差法、频率时间映射法、脉冲整形法、时域自镜像效应，以及光电振荡器。其中光电振荡器的技术方案利用闭合的光电振荡环将连续的光能转换为周期性微波信号输出，因此具有较高的品质因子。

光电振荡器产生的信号相位噪声低、频谱纯度高、频率稳定度好、频率可调谐度高，是非常优质的微波信号源，可被应用于如光脉冲输出、光时钟恢复和射频载波恢复、光载无线传输系统中的上、下变频等领域，尤其是频率、带宽可重构的光电振荡信号还可以应用于国防领域的电子对抗，以实现压制性无线信号干扰。由美国OEwaves公司生产的光电振荡器，其尺寸与一个硬币大小相当，产生的信号频率可以高达35GHz，相位噪声性能在距离载波频偏10kHz处可达到-108dBc/Hz。

光电振荡器的结构早在二十世纪80年代己被提及(《Optics Communications》,1980,32,1:72-74)，但是利用光电振荡器产生频率稳定、相位噪声较低的微波信号概念是由Steve等人在1996年首次提出(《J.opt.soc.amer.bOpt.phys》,1996,13,12:34-35)。

光电振荡器的噪声特性、频率可调谐性在学术界中已被广泛研究。选择噪声特性更好的激光源或是更长的光纤振荡回路有助于改善光电振荡器的噪声特性，双环振荡器也被证明是行之有效的方法，相比单环光电振荡器，双环结构能够有效抑制较多的边模产生。此外，国际上已有将多芯光纤应用于光电振荡器的报道，国内尚未见诸报道(中国知网CNKI检索关键字：多芯光纤、光电振荡)与申请专利(国家知识产权局查询关键字：多芯光纤、光电振荡)，即便如此，国际上目前基于多芯光纤的光电振荡器解决思路也不可避免的在实际应用中暴露出对光源、特殊制造工艺的多芯光纤的依赖，以及长度差异明显且分立结构的多环振荡回路所导致的输出光电振荡信号稳定性以及可重构问题。

发明内容

技术问题：目前已有的光电振荡器设计方案，大多数致力于其某项性能指标的改进，或是使用某种关键性器件，或是使用光子集成与互连的技术方案，或是侧重于基于光电振荡原理的其他领域技术解决方案，尤其是采用多芯光纤的光电振荡器设计方案尚有待于研究。学术界目前基于多芯光纤的光电振荡器解决思路不可避免的在实际应用中暴露出对光源、特殊制造工艺的多芯光纤的依赖，以及长度差异明显且分立结构的多环振荡回路所导致的输出光电振荡信号稳定性以及可重构问题。本发明针对这一问题提出一种针对多芯光纤的，基于光谱分割的可重构光电振荡器设计方案，本方案融合了微波光子学领域相关技术进展，解决了常规光电振荡器对窄带光源的依赖；采用单根多芯光纤的双环振荡回路结构，改善了常规光电振荡器多环回路所导致的输出光电振荡信号稳定性问题，并且本发明输出光电振荡信号的频率、带宽皆可调谐，从而构建了一种可重构的光电振荡器。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。