[发明专利]片上集成双环光电振荡器

说明书

本公开提供了一种片上集成双环光电振荡器，包括光学环路和电学环路；光学环路包括：直调激光器、第一光耦合器、第一光波导延时线、第二光波导延时线、第二光耦合器和光电探测器；直调激光器在直流驱动和反馈电流驱动下输出激光信号；经过第一光耦合器分成两束长度不同的光波导延时线共同选模，抑制边模产生；经过第二光耦合器收束至光电探测器，将光信号转换为电信号，以将电信号输入至电学环路；经过放大、滤波后，将大部分微波功率输出，小部分反馈注入半导体直调激光器，形成稳定振荡的环路，输出低相位噪声的微波信号。本公开将片上光电混合集成，缩小光电振荡器的重量和体积，减少单独复杂的外围供电系统，利于在航空领域大规模应用。

技术领域

本公开涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种片上集成双环光电振荡器。

背景技术

高纯度的微波信号被极大应用在军用和民用领域，广泛使用在雷达系统、侦测系统、电子对抗系统、通讯系统当中，有着极大的研究价值和应用价值。基于光子学的方法产生微波，可以产生高频率和低相位噪声的高纯度微波信号。其中光电振荡器(OEO)产生微波信号又能产生超低相噪的系统，所以被广泛研究。传统的晶振倍频到10GHz微波信号的相位噪声有-118dBc/Hz@10kHz，而军用级的OEO相噪能达到-140dBc/Hz@10kHz。微波源的相位噪声的降低对整个系统有着极大积极作用。

传统的双环OEO主要由分立的器件搭建而成，在光学回路部分使用两卷长单模光纤作为双环来抑制系统边模的产生，保持OEO能够单模起振。传统的双环OEO的信号源有采用直调激光器和激光源加外调制的方式，光耦合器也多采用分立的偏振分束器和合束器，整个链路还需要使用偏振控制器调控光的偏振态。整体系统复杂，体积较大。

综上，传统的双环OEO体积较大，不利于在机载雷达和航空领域使用；由于采用分立器件，需要多个独立电源对整个系统供电，大大复杂了系统；双环采用的使用长光纤作为光传输介质，光纤的温度敏感性和振动敏感性极大的限制了系统在复杂环境下工作的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种片上集成双环光电振荡器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种片上集成双环光电振荡器，包括：光学环路和电学环路；所述光学环路包括：直调激光器、第一光耦合器、第一光波导延时线、第二光波导延时线、第二光耦合器和光电探测器；

所述直调激光器输出经过调制的激光信号；所述激光信号通过第一光耦合器分束至第一光波导延时线和第二光波导延时线；再通过第二光耦合器合束至光电探测器；所述光电探测器将光信号转换为电信号后注入至所述电学环路，所述电信号经过电学环路，输出至直调激光器和/或直接微波输出。

在本公开的一些实施例中，所述第一光波导延时线和所述第二光波导延时线为长度不同的两路光波导延时线，进行共同选模。

在本公开的一些实施例中，所述第一光波导延时线和所述第二光波导延时线的最终起振模式间隔是所述第一光波导延时线和所述第二光波导延时线的起振模式间隔的最小公倍数。

在本公开的一些实施例中，所述电学环路包括：第一偏置器、电放大器、电滤波器、电耦合器和第二偏置器；接收所述光电探测器输出的电信号，所述电信号顺次经过第一偏置器、电放大器、电滤波器；再通过电耦合器将电信号直接微波输出和/或输出至第二偏置器，将电信号注入到直调激光器。

在本公开的一些实施例中，所述光学环路为基于磷化铟光子集成平台的半导体工艺制成。

在本公开的一些实施例中，所述直调激光器的输出功率为0dBm，调制带宽为30GHz。

在本公开的一些实施例中，所述第一光耦合器和第二光耦合器为基于倏逝波耦合的定向耦合器和/或基于多模干涉效应的多模干涉耦合器。