[发明专利]一种基于自振荡光学频率梳的注入锁定毫米波分频器及其分频方法

说明书

本发明公开了一种基于自振荡光学频率梳的注入锁定毫米波分频器及其分频方法，分频器包括一光电混合振荡器，该光电混合振荡器的光链路中设置有光梳调制器，该光电混合振荡器的电链路中设置有带通滤波器；该光电混合振荡器中注入待分频的毫米波信号，该毫米波信号的中心频率为该带通滤波器中心频率的整数倍，该光电混合振荡器产生的光频梳边带与待变频信号的调制边带拍频输出基频信号，且该基频信号位于该光电混合振荡器的锁定带宽范围内。当在振荡环路中注入超谐波信号并锁定时，可实现该注入毫米波信号的分频功能，此分频器具有宽带、低相位噪声、大分频比的特点。

技术领域

本发明涉及一种适用于毫米波分频器及其分频方法。它是基于光电混合振荡器结构的自振荡光频梳实现的。该光频梳可通过时钟提取电路产生具有宽带、低相位噪声性能的基频振荡信号，当在振荡环路中注入超谐波信号并锁定时，可实现该注入毫米波信号的分频功能，此分频器具有宽带、低相位噪声、大分频比的特点，属于微波光子学领域。

背景技术

分频器是微波毫米波电路中的关键器件，其作用是将输入信号的频率实现整数倍或分数倍分频。高频低相位噪声的微波与毫米波分频器在频率综合器、雷达、无线通信等领域中有重要的应用。一般而言，电子学微波毫米波分频器主要采用两大类，一类是数字分频器，另一类是模拟分频器。数字分频器具有工作带宽受限的缺点，通常在GHz量级；模拟分频器很难做大分频系数。随着毫米波应用的快速发展，作为连接低频高稳参考信号和高频毫米波信号的桥梁，毫米波分频器的重要性也日益凸显出来，具有高频、低相位噪声、大分频比的毫米波分频器在各应用系统中显得尤为重要。

以下是一些已有的微波毫米波分频器技术：

如图1是基于LC振荡器的注入锁定分频器，当输入信号与LC振荡器的谐波成分交调输出位于振荡器的锁定带宽时，即可得到分频输出；

英特尔公司申请的中国发明专利申请，公开号为CN 104012004 A，该专利是基于频率计数器的数字分频器，通过计数器实现分频输出；

如图2是北京大学基于光电混合振荡器与YIG带通滤波器结构的分频器，由于调制器和光电探测器的非线性效应产生了谐波分量，当注入信号与振荡器的谐波分量交调成分位于振荡器的锁定带宽范围内时，实现了注入信号的分频，属于注入锁定分频器。

传统的基于LC振荡器的注入锁定分频器在高频范围较难实现较大分频比的分频器；传统的数字分频器虽然可以实现大的分频比，以及分数分频，但是带宽受限，工作频率通常是几个GHz,难以工作在更高的频率范围；基于光电混合振荡器中电光调制器和光电探测器非线性效应实现的分频器，由于产生高阶非线性效应较为困难，故也难以实现较大分频比的分频器。

发明内容

针对现有技术方案中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于光学频率梳置于光电混合振荡器结构的毫米波分频器及其分频方法。本方案适合高频、低相位噪声、大分频比的微波毫米波分频器的实现。本结构中的光频梳由于是将铌酸锂相位调制器置于法布里-珀罗腔中，射频驱动信号输入后可对输入的种子光进行多次重复调制，从而产生很宽的光谱，各光谱成分之间的频率间隔由射频驱动信号决定，宽谱是确保分频器能够工作在高频段，并实现大分频比的基础。此外，基于光电混合振荡器的结构产生的基频信号，具有高频低相位噪声的性能，也能对分频器的性能起到提升作用。

本发明的技术方案为：

一种基于自振荡光学频率梳的注入锁定毫米波分频器，其特征在于，包括一光电混合振荡器，该光电混合振荡器的光链路中设置有光梳调制器，该光电混合振荡器的电链路中设置有带通滤波器；该光电混合振荡器中注入待分频的毫米波信号，该毫米波信号的中心频率为该带通滤波器中心频率的整数倍，该光电混合振荡器产生的光频梳边带与待变频信号的调制边带拍频输出基频信号，且该基频信号位于该光电混合振荡器的锁定带宽范围内。