[发明专利]一种自注入锁定光电振荡器

说明书

本发明公开了一种自注入锁定光电振荡器，属于光电控制领域，包括：激光光束经调制传输到光电探测器，依次经过射频放大器和滤波器，进入耦合器并分成两路，其中一路耦合信号SA作为光电振荡器的输出；另一路再次经射频耦合后按照1：9的功率分配比，的功率信号S1输入频率变换滤波器，的功率信号S9输入第三射频耦合器；本振信号经过射频耦合分为两路，其中一路与功率信号S1混频，经下变频为中频信号，依次经过中频放大器和滤波器，与另一路本振信号再次进行混频，输出注入信号SR；注入信号SR与功率信号S9再次耦合并返回给调制器，形成闭环；本发明使用自注入锁定的方式产生了低杂散低相位噪声的微波振荡信号。

技术领域

本发明属于光电控制领域，涉及一种自注入锁定光电振荡器。

背景技术

微波信号源在现代生活中被广泛地用于通信、军事雷达、生物成像、卫星定位以及科学计量等诸多领域。而评价单频微波信号好坏的主要因素有两点：一是微波信号的相位噪声，二是微波信号的杂散。

理想的单频微波信号的相位是随时间严格按周期变化的，但是实际情况中会存在一个微小的相位偏差，相位噪声就是描述这个随时间变化的微小的相位偏差。理想的单频信号在傅里叶频域时只有一个频率分量，而信号频率之外的其它频率分量是不希望存在的，并称之为杂散(除信号频率之外的其它频率分量)。

在光纤通信以及雷达探测等应用中，低相位噪声低杂散的高质量微波信号有利于降低系统的噪底，提升系统的灵敏度，对系统的性能起到了至关重要的作用。因此，高质量的微波信号在当今的诸多领域都有十分重要的意义。但是，传统的直接产生高频的微波信号价格昂贵、体积大且功耗大，这些特性都限制了其在诸多领域内的应用。

光电振荡器，作为一种新型的振荡器，具有体积小、功耗低和质量好的特点；更重要的是，光电振荡器产生的微波信号的相位噪声与频率无关，这使得光电振荡器在产生高频的微波信号上具有极大的优势。利用光纤传输损耗低、大带宽的特点，能够很容易就实现高品质因数的光电谐振腔，从而有望获得低相位噪声的振荡信号。虽然光电振荡器在产生低相位噪声的微波信号方面具有良好的性能，但是同样存在多模振荡以及模式跳跃的问题。由于光纤不具有滤波特性，因此所有满足条件的模式都能起振。为了获得稳定高质量的振荡信号，必须对信号频率之外的杂散进行抑制。但是传统的光电振荡器为了获得低的相位噪声而需要使用较长的腔长，从而实现高的品质因数的谐振腔。腔长的增加导致腔内模式间隔变小。传统的微波滤波器在中心频率达到10GHz及以上水平后其带宽很难达到1MHz以下。使用微波滤波器直接滤波难以保证单模振荡，从而会产生高的杂散，不利于稳定振荡信号的产生。

现有的注入锁定光电振荡器，如图1所示，主要由一个光电振荡器、一个由外部注入射频源和射频耦合器组成。激光器发出的连续光载波通过电光调制器，经过一段光纤之后入射到光电探测器恢复为电信号。恢复的电信号经过放大和滤波之后与外部注入射频源产生的信号经过射频耦合器进行耦合，再经过放大后输入到电光调制器的射频输入口。通过调节外部注入射频源的频率以及腔内的移相器使得振荡信号的频率落到注入锁定带宽内，最终振荡信号的频率与注入射频源的频率一致，从而实现注入锁定的目的并对杂散起到抑制作用。

在注入锁定光电振荡器当中，锁定之后的振荡信号的相位噪声也会受到注入射频源的相位噪声的影响，振荡信号的相位噪声在低频率偏移处与注入信号的相位噪声相同，这一结果往往会使得注入锁定的光电振荡器在低频偏处的相位噪声较差。为了获得在低频偏移处具有低相位噪声的振荡信号需要注入信号在低频偏移处具有优异的相噪表现，这对注入信号的相位噪声有非常高的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种自注入锁定光电振荡器，可以产生低相位噪声低杂散的微波信号，在利用光纤和微波器件组成的高品质因数光电混合腔中，通过自注入锁定的方式实现对振荡信号杂散的抑制，从而实现低相位噪声低杂散的振荡信号的产生。

所述的自注入锁定光电振荡器，包括：激光器，调制器，光电探测器，射频放大器，射频滤波器，三个射频耦合器和频率变换滤波器。