基于經(jīng)由回音壁模式光學(xué)諧振器中的非線性光學(xué)混頻的光學(xué)再生和光電反饋的參數(shù)再生 ...的制作方法
【專利摘要】基于由非線性光學(xué)材料制成的光學(xué)諧振器和非線性波混頻以使用有源光電環(huán)路生成RF或微波振蕩的裝置和技術(shù)。
【專利說明】基于經(jīng)由回音壁模式光學(xué)諧振器中的非線性光學(xué)混頻的光學(xué)再生和光電反饋的參數(shù)再生式振蕩器
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)聲明和交叉引用
[0002]本專利文獻(xiàn)要求命名為“參數(shù)再生式振蕩器”并且提交于2011年6月23日的第61/500, 542號(hào)美國(guó)專利臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。上述專利文獻(xiàn)的全部公開通過引用并入為本文獻(xiàn)的公開的一部分。
【背景技術(shù)】
[0003]本申請(qǐng)涉及基于光子設(shè)備的信號(hào)振蕩器。
[0004]用于生成RF和微波頻率信號(hào)的射頻(RF)和微波振蕩器被廣泛用于包含電路、通信裝置以及其他的應(yīng)用中。通過使用電子和光學(xué)器件，這種RF和微波振蕩器可以構(gòu)成為“混合(hybrid)”裝置以形成光電振蕩器(簡(jiǎn)稱為“0E0”)。例如，參見第5，723，856、5，777，778,5, 929，430 和 6，567，436 號(hào)美國(guó)專利。
[0005]例如，這種OEO可以包括:電控光學(xué)調(diào)制器和至少一個(gè)有源光電反饋環(huán)路，其中該有源光電反饋環(huán)路包括通過光檢測(cè)器互聯(lián)的光學(xué)部分和電子部分。光電反饋環(huán)路從調(diào)制器接收經(jīng)調(diào)制的光學(xué)輸出并且將經(jīng)調(diào)制的光學(xué)輸出轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)被適用為控制調(diào)制器。當(dāng)任意其他附加的反饋環(huán)路和有源光電環(huán)路的總環(huán)路增益超出總損耗時(shí)，反饋環(huán)路在環(huán)路的光學(xué)部分中產(chǎn)生期望的長(zhǎng)延遲以抑制相位噪聲并且將在相位中經(jīng)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)反饋到調(diào)制器以生成光學(xué)調(diào)制并且將電振蕩生成并維持在RF或者微波頻率中。這種光電環(huán)路是有源、同相環(huán)路，在特定的穩(wěn)定運(yùn)行條件或狀態(tài)下該環(huán)路是對(duì)裝置進(jìn)行振蕩而傳統(tǒng)的環(huán)路是對(duì)裝置進(jìn)行穩(wěn)定，因此光電環(huán)路與傳統(tǒng)的反饋環(huán)路不同。與通過其它RF和微波振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)相比，所生成的振蕩信號(hào)是頻率可調(diào)的并且可以具有窄光譜線寬和低相位噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文獻(xiàn)基于提供基于由非線性光學(xué)材料制成的光學(xué)諧振器的裝置和技術(shù)，從而提供非線性波混頻的并且作為有源光電環(huán)路的部分以產(chǎn)生低噪RF信號(hào)。
[0007]一方面，提供了基于來自光學(xué)回音壁模式諧振器中的光學(xué)非線性的光學(xué)再生振蕩產(chǎn)生低噪RF信號(hào)的方法。該方法包括:將處于光學(xué)泵浦頻率的激光耦合到支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性的光學(xué)回音壁模式諧振器中，以通過從處于光學(xué)泵浦頻率的激光獲取能量來引起參數(shù)放大和非線性光學(xué)混頻，從而生成處于與光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光；基于射頻信號(hào)使在激光中引起調(diào)制的調(diào)制裝置運(yùn)行，其中射頻信號(hào)包含射頻頻率和射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波，并且射頻信號(hào)被施加到調(diào)制裝置以在光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)產(chǎn)生具有與射頻頻率和一個(gè)或多個(gè)射頻諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光并且在光學(xué)回音壁模式諧振器中引起處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的光的非線性光學(xué)混頻以將功率從光學(xué)泵浦頻率轉(zhuǎn)換為調(diào)制頻帶；將離開光學(xué)回音壁模式諧振器的光耦合到光檢測(cè)器中以基于在光檢測(cè)器處對(duì)處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的光的解調(diào)產(chǎn)生處于射頻頻率和射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波的射頻檢測(cè)器輸出；將射頻檢測(cè)器輸出引導(dǎo)至基于射頻檢測(cè)器輸出對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行處理的射頻電路中；以及使光學(xué)回音壁模式諧振器、調(diào)制裝置、光檢測(cè)器和射頻電路運(yùn)行以形成有源光電振蕩器環(huán)路以維持光電振蕩，從而在射頻電路中維持包含射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和射頻頻率中的至少一些的射頻信號(hào)，并且通過非線性光學(xué)混頻以及通過光學(xué)回音壁模式諧振器的濾波來減少射頻信號(hào)中的相位噪聲。
[0008]另一方面，提供了一種裝置以基于通過在光學(xué)回音壁模式諧振器中的基于通過光學(xué)非線性的再生的光產(chǎn)生低噪RF信號(hào)。該裝置包括:激光器，該激光器用于產(chǎn)生處于光學(xué)泵浦頻率的激光；光學(xué)回音壁模式諧振器，該光學(xué)回音壁模式諧振器支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性以通過從處于光學(xué)泵浦頻率的激光獲取能量而取得引起非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大，從而生成處于與光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光；光學(xué)耦合器，該光學(xué)耦合器將來自激光器的激光耦合到光學(xué)回音壁模式諧振器中；以及光學(xué)調(diào)制器，該光學(xué)調(diào)制器位于激光器與光學(xué)回音壁模式諧振器之間的光學(xué)路徑中，該光學(xué)調(diào)制器可操作為基于RF信號(hào)引起激光中的調(diào)制，其中RF信號(hào)包含RF頻率和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波，并且RF信號(hào)并且被施加到調(diào)制裝置從而產(chǎn)生具有與RF頻率和一個(gè)或多個(gè)RF諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光。光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光經(jīng)歷非線性光學(xué)混頻以將處于光學(xué)泵浦頻率的功率轉(zhuǎn)換為與調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的光學(xué)頻率。該裝置包括:光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器耦合成接收從光學(xué)回音壁模式諧振器輸出的光以基于在光檢測(cè)器處對(duì)處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的解調(diào)而產(chǎn)生處于RF頻率和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波的RF檢測(cè)器輸出；以及RF電路，該RF電路耦合成接收RF檢測(cè)器輸出并且可操作為基于RF檢測(cè)器輸出對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行處理。在該裝置中，光學(xué)調(diào)制器、光學(xué)回音壁模式諧振器、光檢測(cè)器和RF電路被配置成形成有源光電振蕩器環(huán)路以維持在射頻電路中維持包含射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和射頻頻率中至少一些的射頻信號(hào)的光電振蕩，并且通過有源光電振蕩器環(huán)路中的光學(xué)回音壁模式諧振器的非線性光學(xué)混頻和濾波來減少射頻信號(hào)中的相位噪聲。
[0009]又一方面，提供了一種裝置以基于通過光學(xué)回音壁模式諧振器中的光學(xué)非線性的再生光產(chǎn)生低噪RF信號(hào)。該裝置包括:激光器，該激光器用于產(chǎn)生處于光學(xué)泵浦頻率的激光；光學(xué)回音壁模式諧振器，該光學(xué)回音壁模式諧振器支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性以通過從處于光學(xué)泵浦頻率的激光取得能量而引起非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大，從而生成處于與光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光，該光學(xué)回音壁模式諧振器表現(xiàn)出光電效應(yīng)；電極，該電極形成在光學(xué)回音壁模式諧振器上以將包含RF頻率和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波的射頻(RF)信號(hào)施加到光學(xué)回音壁模式諧振器以通過光電效應(yīng)引起光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的光的光學(xué)調(diào)制；以及光學(xué)耦合器，該光學(xué)耦合器將來自激光器的激光耦合到光學(xué)回音壁模式諧振器中，耦合到光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的激光被調(diào)制為包括與RF頻率和一個(gè)或多個(gè)RF諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶，其中光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光經(jīng)歷非線性光學(xué)混頻從而將處于光學(xué)泵浦頻率的功率轉(zhuǎn)換為調(diào)制頻帶。該裝置包括:光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器耦合成接收從光學(xué)回音壁模式諧振器輸出的光以基于在光檢測(cè)器處對(duì)處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的解調(diào)而產(chǎn)生處于RF頻率和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波的RF檢測(cè)器輸出；以及RF電路，該RF電路耦合成接收RF檢測(cè)器輸出并且可操作為基于RF檢測(cè)器輸出對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行處理。該RF電路被耦合到光學(xué)回音壁模式諧振器上的電極以施加RF信號(hào)從而在光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)引起光學(xué)調(diào)制。光學(xué)調(diào)制器、光學(xué)回音壁模式諧振器、光檢測(cè)器和RF電路被配置成形成有源光電振蕩器環(huán)路以維持在RF電路中維持用于維持包含RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波和RF頻率中至少一些的RF信號(hào)的光電振蕩，并且通過有源光電振蕩器環(huán)路中的光學(xué)回音壁模式諧振器的非線性光學(xué)混頻和濾波來減少射頻信號(hào)中的相位噪聲。
[0010]這些和其他方面和實(shí)施被詳細(xì)描述在附圖、描述和權(quán)利要求中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1示出基于通過光學(xué)回音壁模式諧振器和有源OEO環(huán)路中的光學(xué)非線性的再生光產(chǎn)生低噪RF信號(hào)的振蕩器裝置的兩個(gè)示例。
[0012]圖2A、圖2B、圖3、圖4A、圖4B、圖5A和圖5B示出WGM諧振器和光耦合設(shè)計(jì)的示例。
[0013]圖6示出基于非線性WGM諧振器而沒有OEO環(huán)路的RF振蕩器。
[0014]圖7、圖8和圖9示出基于非線性WGM諧振器的RF或者微波振蕩器的示例。
[0015]圖10至圖15示出用于生成光梳信號(hào)的樣本非線性WGM諧振器的測(cè)量。
[0016]圖16示出通過使用外部反射器將激光器鎖定到諧振器的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本專利文獻(xiàn)描述基于諸如氟化鈣或者具有立方非線性的另一種材料的晶體回音壁模式諧振器中的四波混頻(FWM)的非線性過程的光子RF或者微波振蕩器的實(shí)施。這種裝置可以被封裝成小包裝。在FWM中，高精細(xì)度WGM中的大場(chǎng)強(qiáng)將兩個(gè)泵浦管子轉(zhuǎn)換成兩個(gè)邊帶光子，即，信號(hào)光子和空載光子。因?yàn)槟芰渴睾愣?，所生成的光子的頻率之和等于泵浦光的頻率的兩倍。通過使振蕩器過飽和并且使用在諧振器中生成的多重光學(xué)諧波(光梳)，所描述的振蕩器可以減少相位噪聲并且增加諸如光電二極管的快速光學(xué)檢測(cè)器上生成的RF或者微波信號(hào)的頻譜純度。此外，所公開的光子RF或者微波振蕩器實(shí)施有源光電反饋環(huán)路以生成并維持光電振蕩從而進(jìn)一步減少相位噪聲和振蕩器的穩(wěn)定性。
[0018]光學(xué)諧振器可以被配置成支持已知為回音壁(簡(jiǎn)稱為“WG”)模式的一組特殊的諧振器模式的光學(xué)回音壁模式(簡(jiǎn)稱為“WGM”)諧振器。這些WG模式表示因邊界處的全內(nèi)反射而密閉在靠近諧振器表面的內(nèi)部區(qū)域中的光場(chǎng)。例如，介質(zhì)球可用于形成WGM諧振器，其中WGM模式表示因球界處的全內(nèi)反射而密閉在靠近繞著其赤道的球表面的內(nèi)部區(qū)域中的光場(chǎng)。具有IO-1O2微米數(shù)量級(jí)的直徑的石英微球已被用于形成具有大于IO9的Q值的緊湊型光學(xué)諧振器。這種高Q型WGM諧振器可用于產(chǎn)生具有高頻譜純度和低噪聲的振蕩信號(hào)。一旦被耦合到回音壁模式中，光能可以在球赤道處或附近循環(huán)一個(gè)較長(zhǎng)的光子續(xù)航時(shí)間。
[0019]此處描述的振蕩器基于以參數(shù)放大為基礎(chǔ)的光學(xué)回音壁模式諧振器中的光學(xué)非線性混頻和再生生成具有改善的頻譜純度的RF、微波或毫米波信號(hào)。在基于非線性(有源)光學(xué)微諧振器的RF光子振蕩器中采用光學(xué)參數(shù)增益(基于二次或三次光學(xué)、射頻、聲學(xué)和/或機(jī)械非線性)或者光學(xué)相位獨(dú)立的增益可實(shí)現(xiàn)低噪RF信號(hào)的生成。與i)生成在環(huán)路中具有線性(無源)光學(xué)微諧振器的其他RF光子振蕩器中的信號(hào)的頻譜純度；以及ii)基于自激振蕩非線性(有源)光學(xué)微諧振器的RF光子振蕩器的頻譜純度相比，那些信號(hào)的頻譜純度可以得到改善。
[0020]在本文獻(xiàn)中描述的技術(shù)和裝置中基于光學(xué)非線性混頻和參數(shù)放大的光學(xué)再生和有源光電環(huán)路的組合提供了有源光電環(huán)路與光學(xué)再生之間的耦合，該耦合與在耦合的光電振蕩器(COEO)中激光振蕩與有源光電環(huán)路的耦合相似。該耦合可實(shí)現(xiàn)比具有相似環(huán)路長(zhǎng)度(即，相同或相似的環(huán)路中光纖的長(zhǎng)度)的其他光電振蕩器(OEO )的相位噪聲低的相位噪聲。COEO是具有光學(xué)和RF增益(有源光學(xué)和RF環(huán)路)的再生裝置，并且未直接耦合在激光振蕩和OEO環(huán)路之間的多種OEO具有無源光學(xué)環(huán)路和有源RF環(huán)路。因?yàn)镃OEO的有效RF質(zhì)量(Q)因素取決于生成在有源光學(xué)環(huán)路中的光譜寬度并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用于OEO中的相同長(zhǎng)度的無源光纖環(huán)路的有效Q因素，所以COEO更加高效。
[0021]在下面的示例中將對(duì)基于上述組合的光子振蕩器以及基于光學(xué)非線性混頻和參數(shù)放大的光學(xué)再生與有源光電環(huán)路的耦合進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]由晶體制成的WGM諧振器的光學(xué)性可以優(yōu)于由熔凝硅石制成的WGM諧振器。由晶體CaF2制成的WGM諧振器可以產(chǎn)生處于或大于1010的Q因素。這種高Q值可用于多種應(yīng)用，包括因克爾(Kerr)非線性效應(yīng)而導(dǎo)致的低閾值光學(xué)超參數(shù)振蕩和千赫茲光學(xué)諧振的生成。下面的段落首先描述晶體WGM諧振器的示例性幾何結(jié)構(gòu)，然后描述由不同材料制成的WGM諧振器的特性。在一些以下描述的示例中，除了用于WGM諧振器的材料的非線性光學(xué)特性以外，材料還可以表現(xiàn)出響應(yīng)于外部施加的控制信號(hào)(例如，RF信號(hào))的電光效應(yīng)以提供光學(xué)調(diào)制。
[0023]圖1示出基于通過光學(xué)回音壁模式諧振器和有源OEO環(huán)路中的光學(xué)非線性的再生光產(chǎn)生低噪RF信號(hào)的振蕩器裝置的兩個(gè)示例。圖1所示的裝置結(jié)合基于WGM諧振器中的非線性混頻和參數(shù)放大的純光學(xué)RF信號(hào)生成器與OEO裝置中的OEO環(huán)路以將相位噪聲減少至通過包括其他OEO裝置的其他裝置難以實(shí)現(xiàn)的水平。改善的原因在于有源RF和光學(xué)環(huán)路兩者的使用以及有源RF和光學(xué)環(huán)路的耦合。光學(xué)信號(hào)的再生導(dǎo)致所生成的RF信號(hào)的相位噪聲的改善。此外，通過將選擇性RF濾波器插入到RF環(huán)路中可調(diào)諧生成在光學(xué)環(huán)路中的光譜的特性。
[0024]在圖1所示的兩個(gè)示例中，處于光學(xué)泵浦頻率的激光被耦合到支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性的光學(xué)回音壁模式諧振器100中以通過從處于光學(xué)泵浦頻率的激光取得能量而生成處于與光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光進(jìn)而引起非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大?；谏漕l(RF)信號(hào)15，調(diào)制裝置被設(shè)置為在位于WGM諧振器100內(nèi)側(cè)或者外側(cè)的激光中引起調(diào)制，其中RF信號(hào)15包含RF頻率和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波。該RF信號(hào)被施加到調(diào)制裝置以在光學(xué)回音壁模式諧振器100內(nèi)產(chǎn)生具有與RF頻率和一個(gè)或多個(gè)RF諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光并且以引起處于調(diào)制頻帶和光學(xué)泵浦頻率的光的非線性光學(xué)混頻從而將處于光學(xué)泵浦頻率的功率轉(zhuǎn)換為與調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的光學(xué)頻率。諧振器100內(nèi)的光被耦合出到光檢測(cè)器4中以基于在光檢測(cè)器4處對(duì)處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的光的解調(diào)而產(chǎn)生處于RF頻率的RF檢測(cè)器輸出5和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波。RF檢測(cè)器輸出被引導(dǎo)至基于RF檢測(cè)器輸出5產(chǎn)生RF信號(hào)15的RF電路10中。光學(xué)回音壁模式諧振器100、調(diào)制裝置、光檢測(cè)器4和RF電路10被配置成形成有源光電振蕩器環(huán)路以在RF電路10中維持光電振蕩從而維持包含RF頻率和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波中至少一些的RF信號(hào)15，并且在有源光電振蕩器環(huán)路中通過非線性光學(xué)混頻以及通過光學(xué)回音壁模式諧振器100的濾波減少RF信號(hào)15中的相位噪聲。
[0025]在RF電路10中，有源光電振蕩器環(huán)路中的RF電路10被配置成實(shí)現(xiàn)RF通頻帶或者傳輸頻帶，該RF通頻帶或者傳輸頻帶用于選擇RF頻率中的一些和待進(jìn)入RF信號(hào)的RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波同時(shí)消除了其他RF頻率。除了建立在OEO環(huán)路中的這種RF濾波以外，一些實(shí)施可以在RF電路10中提供RF濾波器12 (例如，帶通RF濾波器)以通過RF電路選擇RF頻率中的一些和RF頻率的一個(gè)或多個(gè)RF諧波同時(shí)消除其他RF頻率而對(duì)在光學(xué)回音壁模式諧振器100內(nèi)通過的非線性光學(xué)混頻而生成的光的光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)。帶通RF濾波器12可以在多種配置中，包括由電子電路部件形成的RF濾波器和由電子電路部件和光學(xué)部件形成的光子RF濾波器(例如，高Q光學(xué)諧振器)。RF電路10可以包括RF放大器11，該RF放大器11用于放大RF信號(hào)以確保環(huán)路中的RF增益足夠大以超出RF環(huán)路進(jìn)而生成并維持RF振蕩。
[0026]在光子RF濾波器的一些實(shí)施中，一部分處理被執(zhí)行在RF和微波域中，例如將微波或RF輸入信號(hào)施加到光學(xué)調(diào)制器以控制光的光學(xué)調(diào)制，而另一部分處理被執(zhí)行在光學(xué)域中，例如經(jīng)調(diào)制的光的濾波以將一個(gè)或多個(gè)期望的微波或RF頻譜分量選擇為濾波輸出。通過對(duì)被光學(xué)調(diào)制器調(diào)制的光的頻率進(jìn)行調(diào)諧或者通過用于對(duì)經(jīng)調(diào)制的光束進(jìn)行光學(xué)濾波的光學(xué)濾波器，可以對(duì)經(jīng)選擇的頻譜分量的頻率進(jìn)行調(diào)諧。光子RF濾波器使用用于接收微波或RF信號(hào)的輸入端和用于輸出經(jīng)濾波的微波或RF信號(hào)的輸出端。輸入信號(hào)通過連續(xù)波光束的光學(xué)調(diào)制被轉(zhuǎn)換到光學(xué)域中，而后經(jīng)調(diào)制的光束被光學(xué)濾波以選擇期望的微波或RF頻譜分量。具有高質(zhì)量因素的光學(xué)濾波器可以產(chǎn)生超窄線寬以光學(xué)選擇攜帶于經(jīng)調(diào)制的光束中的一個(gè)或多個(gè)期望的微波或RF頻譜分量。這種微波或RF頻譜分量的光學(xué)濾波避免了使用傾向于遭受由電子微波或RF電路元件施加的一些限制的微波或RF濾波器。經(jīng)濾波的光學(xué)信號(hào)和一部分相同連續(xù)波光束相結(jié)合并且被發(fā)送到光學(xué)檢測(cè)器中。光學(xué)檢測(cè)器的輸出被用作經(jīng)濾波的或者經(jīng)處理的非光學(xué)信號(hào)。與信號(hào)濾波相似，例如，通過光學(xué)調(diào)制器對(duì)經(jīng)調(diào)制的光束的頻率進(jìn)行調(diào)諧或者通過用于對(duì)經(jīng)調(diào)制的光束進(jìn)行濾波的光學(xué)濾波器，在這些實(shí)施中的濾波的頻率調(diào)諧還可以光學(xué)地實(shí)現(xiàn)在一些實(shí)施中。可以在用于可調(diào)諧射頻和微波光子濾波器的第7，587，144號(hào)美國(guó)專利、用于基于光子技術(shù)的寬帶接收器的第7，634，201號(hào)美國(guó)專利以及用于在馬赫-曾德爾配置中基于光學(xué)濾波的RF或者微波信號(hào)的可調(diào)諧濾波的第7，389，053號(hào)美國(guó)專利找到光子RF濾波器的示例，這些專利通過引用并入本文作為本專利文獻(xiàn)的公開的一部分。
[0027]參照?qǐng)D1 (a)，裝置包括用于產(chǎn)生處于光學(xué)泵浦頻率的激光的激光器I。激光器I可以是半導(dǎo)體激光器或者另一種合適的激光器，例如CW二極管激光器。激光器I和諧振器100可以鎖定到彼此以改善裝置的穩(wěn)定性。該鎖定可以通過使用激光器鎖定電路或者使用通過對(duì)從諧振器100返回激光器I的光進(jìn)行注入的光學(xué)注入鎖定技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。
[0028]圖1 (a)所示的調(diào)制裝置是用于從OEO環(huán)路的RF電路10接收RF信號(hào)15的光學(xué)調(diào)制器2。該光學(xué)調(diào)制器2被定位在激光器I與光學(xué)回音壁模式諧振器100之間的光學(xué)路徑中并且是可操作的，以基于RF信號(hào)15引起激光中的調(diào)制以產(chǎn)生具有與RF頻率和一個(gè)或多個(gè)RF諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光。光學(xué)回音壁模式諧振器100內(nèi)處于光學(xué)泵浦頻率和調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光經(jīng)歷非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大以將處于光學(xué)泵浦頻率的功率轉(zhuǎn)換為與調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的光學(xué)頻率。光學(xué)調(diào)制器2、回音壁模式諧振器100、光檢測(cè)器4和RF電路10被配置以形成有源光電振蕩器環(huán)路。在該裝置中，諧振器100通過非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大再生光學(xué)光，并且諧振器100的高Q因素減少相位噪聲并增強(qiáng)頻譜純度。光學(xué)微諧振器100扮演RF光子濾波器在OEO環(huán)路中的作用。
[0029]圖1 (b)示出另一種示例，在該示例中光學(xué)調(diào)制器2被消除而且由除了用于期望的光學(xué)波混頻的非線性光學(xué)特性之外還具有電光效應(yīng)的諧振器100替代。一個(gè)或多個(gè)RF電極6被形成在諧振器100上以施加RF信號(hào)15以通過電光效應(yīng)在諧振器100內(nèi)引起光學(xué)調(diào)制。在該示例中，諧振器100扮演RF光子濾波器和光學(xué)調(diào)制器的作用。此處，因?yàn)闊o法振蕩，所以在該特殊方案中光學(xué)微諧振器構(gòu)成為無源器件。
[0030]圖2A、圖2B和圖3示出三種示例性WGM諧振器。圖2A示出作為實(shí)心介質(zhì)球的球體WGM諧振器100。該球體100在平面102中具有繞著z軸101對(duì)稱的赤道。平面102的周長(zhǎng)是個(gè)圓并且平面102是圓形橫截面。WG模式繞著球形外表面內(nèi)的赤道存在并且在諧振器100內(nèi)循環(huán)。繞著赤道平面102的外表面的球面曲率沿著z方向和z方向的垂直方向提供空間限制以支持WG模式。球100的離心率通常是低的。
[0031]圖2B示出示例性回轉(zhuǎn)橢圓形微諧振器200。該諧振器200可以通過繞著沿短橢圓軸101的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)橢圓(具有軸向長(zhǎng)度a和b)而形成。因此，與圖2A所示的球形諧振器相似，圖2B所示的平面102也具有圓形周長(zhǎng)并且是圓形橫截面。與圖2A所示的設(shè)計(jì)不同，圖2B所示的平面102是非球形回轉(zhuǎn)橢圓體的圓形橫截面并且繞著回轉(zhuǎn)橢圓體的短橢圓軸。諧振器100的離心率是(l-b2/a2)1/2并且通常是高的，即，大于10'因此，諧振器200的外表面并不是球體的一部分并且相比于球形外觀在沿著z方向的模式中提供了更多空間限制。更具體地，腔在平面(其中Z位于如zy或者ZX平面)中的幾何形狀是橢圓形的。處于諧振器200中心的赤道平面102與軸101 (z)垂直并且WG模式循環(huán)在諧振器200內(nèi)的平面102的周界附近。
[0032]圖3示出另一種示例性WGM諧振器300，該WGM諧振器300具有外部輪廓為一般圓錐形的非球形外觀，其中該外部輪廓可以通過笛卡爾坐標(biāo)的一元二次方程在數(shù)學(xué)上表示。與圖1和圖2所示的幾何結(jié)構(gòu)相似，外表面在平面102中的方向和與平面102垂直的z方向上提供曲率以限制和支持WG模式。這種非球形、非橢圓形表面可以在其中包括拋物線或雙曲線。需要注意，圖3所示的平面102是圓形橫截面并且WG模式繞著赤道中的圓進(jìn)行循環(huán)。
[0033]圖2A、圖2B和圖3所示的上述三種示例性幾何結(jié)構(gòu)共享共同的幾何特征，即它們都是繞著軸101 (Z)的軸向或圓柱形對(duì)稱，繞著該軸101 (Z)WG模式循環(huán)在平面102中。彎曲的外表面在平面102周圍是平滑的，并且在平面102周圍提供二維限制以支持WG模式。
[0034]尤其是，在每個(gè)諧振器中沿著z方向101的WG模式的空間延伸被限制在平面102上方和下方，并因此其可以不必具有圓錐形狀300、回轉(zhuǎn)橢圓體200或球100的整體。反而，可以使用大到足以支持回音壁模式的平面102周圍的整個(gè)形狀的僅僅一部分以形成WGM諧振器。例如，環(huán)、盤和形成自球體的適當(dāng)部分的其他幾何結(jié)構(gòu)可以被用作球體WGM諧振器。
[0035]圖4A和圖4B分別示出盤狀WGM諧振器400和環(huán)狀WGM諧振器420。在圖4A中，實(shí)心盤400具有的位于中心平面102上方的頂表面401A和位于平面102下方的底表面401B，其中頂表面401A與底表面401B相隔間距H。間距H的值大到足以支持WG模式。在中心平面102的上方的該足夠間距的遠(yuǎn)端，諧振器可以具有如圖3、圖4A和圖4B所示的銳邊。外部曲面402可選自圖2A、圖2B和圖3中所示形狀中任意形狀以實(shí)現(xiàn)期望的WG模式和光譜特性。圖4B所示的環(huán)諧振器420可以是通過從圖4A所示的實(shí)心盤400去除中心部分410而形成的。因?yàn)閃G模式存在于外表面402附近的環(huán)420的外部部分附近，所以環(huán)的厚度h可以被設(shè)成大到足以支持WG模式。
[0036]光學(xué)耦合器通常用于通過漸逝耦合將光能耦合到或耦合出WGM諧振器。圖5A和圖5B示出接合到WGM諧振器的兩種示例性光學(xué)耦合器。光學(xué)耦合器可以與諧振器的外表面直接接觸或者通過間隙與諧振器的外表面分離以實(shí)現(xiàn)期望的臨界耦合。圖5A示出角拋光后的光纖末端作為WGM諧振器的耦合器。具有傾斜端面的波導(dǎo)(例如，平面狀波導(dǎo)或其他波導(dǎo))也可以被用作耦合器。圖5B示出微棱鏡作為WGM諧振器的耦合器。也可以使用其他漸逝耦合器，例如形成自光子帶間隙材料的耦合器。
[0037]WGM諧振器可以被用于提供有效方式以在長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)將光子限制在小體積中。因此，WGM諧振器在基礎(chǔ)研究和實(shí)際裝置中具有廣泛的應(yīng)用范圍。例如，作為原子光存儲(chǔ)的替代，WGM諧振器可以被用于存儲(chǔ)具有線性光學(xué)的光，以及在可調(diào)光延遲線中，作為基于原子的慢光實(shí)驗(yàn)的替代品。在其他應(yīng)用中，WGM諧振器也可以被用于光學(xué)濾波和光電振蕩器。
[0038]在特征為WGM諧振器的許多參數(shù)(如輸入和輸出耦合，模量，自由光譜范圍等的效率)中，質(zhì)量因素Q是基礎(chǔ)參數(shù)。與光能在諧振器模式τ中的續(xù)航時(shí)間相關(guān)的Q因素為Q=2n υ τ，其中V為模式的線性頻率。與具有Q=2X101CI和波長(zhǎng)Σ =1.3 T m的模式對(duì)應(yīng)的振鈴時(shí)間為15 T s，由此使得超高Q諧振器作為光存儲(chǔ)裝置而具有潛在的吸引力。此外，一些晶體足夠透明以允許極高Q回音壁模式，同時(shí)具有重要的非線性特征以允許WGM特征的連續(xù)操作并進(jìn)一步擴(kuò)大它們的用處。
[0039]在電介質(zhì)諧振器中，最大的質(zhì)量因素不能超過0_=2πη(ι/(Σ I )，其中η0是材料的折射率，Σ是光在真空中的波長(zhǎng)，并且I是電介質(zhì)材料的吸收系數(shù)。吸收越小，則Qmax越大。因此，為了預(yù)測(cè)WGM的越窄越好的線寬K= τ_\人們需要知道在透明電介質(zhì)(在它們的透明窗內(nèi)，在該透明窗內(nèi)對(duì)于絕大多數(shù)的應(yīng)用，損失被認(rèn)為是可忽略不計(jì)的)中的光學(xué)衰減值。因?yàn)槿狈哂凶銐蜢`敏度的測(cè)量方法，關(guān)于剩余的基本吸收的該問題對(duì)于大多數(shù)材料仍然懸而未決。幸運(yùn)的是，高Q回音壁模式本身表示用于在多種透明材料中測(cè)量非常小的光學(xué)衰減的獨(dú)特工具。
[0040]通過適用于非晶材料的熱回流方法制造的WGM諧振器進(jìn)行的以往的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了 Q因素小于9Χ109。測(cè)量是通過熔凝硅石微腔執(zhí)行的，其中近乎完美的諧振器表面所產(chǎn)生的表面張力，產(chǎn)生經(jīng)測(cè)量的Q因素，該經(jīng)測(cè)量的Q因素接近由材料吸收確定的基本限制。因?yàn)榫w理論上具有完美晶格而沒有總是存在于非晶體材料中的夾雜物和不均勻性，據(jù)預(yù)測(cè)，光學(xué)晶體將具有比熔凝硅石小的損失。用于許多晶體材料透明度的窗是遠(yuǎn)比熔凝硅石的窗寬。因此，通過足夠高純度的材料，在透明窗口中間的更小的衰減可以被預(yù)測(cè)為分別朝著紫外和紅外區(qū)域推向進(jìn)一步遠(yuǎn)離的瑞利(Rayleigh)散射邊緣和多聲子吸收邊緣。此外，晶體可能受到更少或者根本不受到由OH離子和水的化學(xué)吸附而導(dǎo)致的外在的吸收效果，對(duì)透明窗底部附近的熔凝硅石的Q所報(bào)告的限制因素為1.55 μ m。
[0041]直到最近，在結(jié)晶質(zhì)的WGM諧振器的實(shí)現(xiàn)中所剩下的一個(gè)問題是不存在可以產(chǎn)生回轉(zhuǎn)橢圓形表面的納米級(jí)平滑度以消除表面散射的制造工藝。而就在最近這個(gè)問題得到了解決。機(jī)械光學(xué)拋光技術(shù)已被用于制造具有接近IO9的Q的超高Q晶體WGM諧振器。在本文獻(xiàn)中，將進(jìn)一步描述在通過透明晶體制造的WGM諧振器中的高質(zhì)量因素(Q=2X101CI)。
[0042]具有高諧振對(duì)比(50%和更高)以及在室溫下具有千赫茲范圍內(nèi)的諧振帶寬的晶體WGM諧振器融入到高性能光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中是有希望的。因?yàn)樾∧Ａ亢蜆O窄單光子諧振，多種低閾值非線性效果是可以在基于小寬帶非線性磁化率的WGM諧振器中觀察到的。作為一個(gè)示例，我們?cè)谙旅鎴?bào)告晶體諧振器中熱光學(xué)不穩(wěn)定性的觀察報(bào)告，早些的報(bào)告是對(duì)于體積小得多的高Q硅石微球的。
[0043]幾乎沒有關(guān)于光學(xué)晶體的透明窗內(nèi)的小光學(xué)衰減的一致的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，僅僅因?yàn)閿?shù)公里的制造自材料中的光纖，專門準(zhǔn)備的熔凝硅石(在Σ=1.55Τπι處1=0.2dB/km)的最小吸收的高靈敏度測(cè)量(-1 > IO-7CnT1)變得可能?？上У氖?，該方法不適用于晶體材料。纖維也已經(jīng)產(chǎn)自諸如藍(lán)寶石的晶體，但是那些(數(shù)dB/米)衰減是通過他們的表面散射而確定的。用于在透明電介質(zhì)中測(cè)量光吸收的量熱方法給出了-1 > IO-7CnT1數(shù)量級(jí)的誤差。一些透明材料的剩余吸收已通過量熱方法進(jìn)行了測(cè)試，而其他材料已通過直接散射實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了特征化，且都產(chǎn)生了與IOltl級(jí)的Q限制對(duì)應(yīng)的數(shù)ppm/cm級(jí)的線性衰減。現(xiàn)在的問題在于，如果這些基本限制或測(cè)量結(jié)果受到所使用的晶體的不完整性的限制。
[0044]用于最高Q的WGM諧振器的材料選定必需基于基本面因素，諸如，最寬的透明窗、高純度等級(jí)以及環(huán)境穩(wěn)定性。因?qū)Υ髿鉂穸鹊拿舾行砸约拔鼭裥詫?dǎo)致堿金屬鹵化物可能是不合適的。實(shí)心透明材料中散裝損失可以通過下面的現(xiàn)象學(xué)關(guān)系式得出近似值。
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種基于根據(jù)光學(xué)回音壁模式諧振器中的光學(xué)非線性的光學(xué)再生振蕩產(chǎn)生低噪射頻信號(hào)的方法，包括: 將處于光學(xué)泵浦頻率的激光耦合到支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性的光學(xué)回音壁模式諧振器中，以通過從處于所述光學(xué)泵浦頻率的所述激光獲取能量來引起參數(shù)放大和非線性光學(xué)混頻，從而生成處于與所述光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光; 基于射頻(RF)信號(hào)使在所述激光中引起調(diào)制的調(diào)制裝置運(yùn)行，其中所述射頻信號(hào)包含射頻頻率和所述射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波，并且所述射頻信號(hào)被施加到所述調(diào)制裝置以在所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)產(chǎn)生具有與所述射頻頻率和所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光并且在所述光學(xué)回音壁模式諧振器中引起處于所述光學(xué)泵浦頻率和所述調(diào)制頻帶的光的非線性光學(xué)混頻以將功率從所述光學(xué)泵浦頻率轉(zhuǎn)換為所述調(diào)制頻帶； 將離開所述光學(xué)回音壁模式諧振器的光耦合到光檢測(cè)器中以基于在所述光檢測(cè)器處對(duì)處于所述光學(xué)泵浦頻率和所述調(diào)制頻帶的光的解調(diào)產(chǎn)生處于所述射頻頻率和所述射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波的射頻檢測(cè)器輸出； 將所述射頻檢測(cè)器輸出引導(dǎo)至基于所述射頻檢測(cè)器輸出對(duì)所述射頻信號(hào)進(jìn)行處理的射頻電路中；以及 使所述光學(xué)回音壁模式諧振器、所述調(diào)制裝置、所述光檢測(cè)器和所述射頻電路運(yùn)行以形成有源光電振蕩器環(huán)路以維持光電振蕩，從而在所述射頻電路中維持包含所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的至少一些的所述射頻信號(hào)，并且通過所述非線性光學(xué)混頻以及通過所述光學(xué) 回音壁模式諧振器的濾波來減少所述射頻信號(hào)中的相位噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)制裝置是位于所述光學(xué)回音壁模式諧振器外部的光學(xué)調(diào)制器，并且所述方法還包括: 將所述激光引導(dǎo)至所述光學(xué)調(diào)制器以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的激光；以及 將通過所述光學(xué)調(diào)制器調(diào)制的激光輸出引導(dǎo)至所述光學(xué)回音壁模式諧振器中以引起所述非線性光學(xué)混頻。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述光學(xué)回音壁模式諧振器響應(yīng)于所述射頻信號(hào)而表現(xiàn)出光電效應(yīng)，并且所述調(diào)制裝置包括至少一個(gè)電極，所述至少一個(gè)電極形成在所述光學(xué)回音壁模式諧振器上并且耦合到所述射頻電路以將所述射頻信號(hào)施加到所述光學(xué)回音壁模式諧振器以通過所述光電效應(yīng)引起所述激光的光學(xué)調(diào)制。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 將所述射頻電路配置在所述有源光電振蕩器環(huán)路中以實(shí)現(xiàn)射頻通頻帶，所述射頻通頻帶選擇所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的一些同時(shí)消除其他射頻頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 將射頻濾波器耦合在所述有源光電振蕩器環(huán)路的所述射頻電路中以通過所述射頻電路對(duì)所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的一些的選擇以及對(duì)其他射頻頻率的消除而對(duì)通過所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的所述非線性光學(xué)混頻而生成的光的光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 將射頻放大器耦合在所述光電振蕩器環(huán)路的所述射頻電路中以對(duì)所述射頻信號(hào)進(jìn)行放大。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 將通過所述光學(xué)回音壁模式諧振器中的所述非線性光學(xué)混頻產(chǎn)生并輸出的光的一部分耦合為光學(xué)輸出，其中所述光學(xué)輸出包含處于與所述調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的所述光學(xué)頻率和所述光學(xué)泵浦頻率的光。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，包括: 使所述有源光電振蕩器環(huán)路運(yùn)行以引起所述光學(xué)回音壁模式諧振器的所述光學(xué)輸出中的光學(xué)頻率的模式鎖定以產(chǎn)生相位鎖定的光學(xué)諧波和光學(xué)脈沖。
9.一種基于通過光學(xué)回音壁模式諧振器中的光學(xué)非線性的再生光產(chǎn)生低噪射頻(RF)信號(hào)的裝置，所述裝置包括: 激光器，所述激光器用于產(chǎn)生處于光學(xué)泵浦頻率的激光； 光學(xué)回音壁模式諧振器，所述光學(xué)回音壁模式諧振器支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性以通過從處于所述光學(xué)泵浦頻率的所述激光獲取能量而引起非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大，從而生成處于與所述光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光； 光學(xué)耦合器，所述光學(xué)耦合器將來自所述激光器的所述激光耦合到所述光學(xué)回音壁模式諧振器中； 光學(xué)調(diào)制器，所述光學(xué)調(diào)制器位于所述激光器與所述光學(xué)回音壁模式諧振器之間的光學(xué)路徑中，所述光學(xué)調(diào)制器可操作為基于射頻信號(hào)引起所述激光中的調(diào)制，其中所述射頻信號(hào)包含射頻頻率和所述射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波，并且所述射頻信號(hào)被施加到所述調(diào)制裝置以產(chǎn)生具有與所述射頻頻率和所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶的經(jīng)調(diào)制的激光，其中所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的處于所述光學(xué)泵浦頻率和所述調(diào)制頻帶的所述經(jīng)調(diào)制的激光經(jīng)歷非線性光學(xué)混頻以將處于所述光學(xué)泵浦頻率的功率轉(zhuǎn)換為與所述調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的光學(xué)頻率； 光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器耦合成接收從所述光學(xué)回音壁模式諧振器輸出的光以基于在所述光檢測(cè)器處對(duì)處于所述光學(xué)泵浦頻率和所述調(diào)制頻帶的解調(diào)產(chǎn)生處于所述射頻頻率和所述射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波的射頻檢測(cè)器輸出；以及 射頻電路，所述射頻電路耦合成接收所述射頻檢測(cè)器輸出并且可操作為基于所述射頻檢測(cè)器輸出對(duì)所述射頻信號(hào)進(jìn)行處理， 其中所述光學(xué)調(diào)制器、所述光學(xué)回音壁模式諧振器、所述光檢測(cè)器和所述射頻電路被配置成形成有源光電振蕩器環(huán)路以維持在所述射頻電路中維持包含所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中至少一些的所述射頻信號(hào)的光電振蕩，并且通過所述有源光電振蕩器環(huán)路中的所述光學(xué)回音壁模式諧振器的所述非線性光學(xué)混頻和濾波來減少所述射頻信號(hào)中的相位噪聲。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中: 所述有源光電振蕩器環(huán)路中的所述射頻電路被配置成實(shí)現(xiàn)射頻通頻帶，所述射頻通頻帶選擇待位于所述射頻信號(hào)中的所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的一些同時(shí)消除其他射頻頻率。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中: 所述射頻電路包括射頻濾波器以通過所述射頻電路對(duì)所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的一些的選擇以及對(duì)其他射頻頻率的消除而對(duì)通過所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的所述非線性光學(xué)混頻而生成的光的光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中: 所述射頻電路包括對(duì)所述射頻信號(hào)進(jìn)行放大的射頻放大器。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，包括:: 輸出光學(xué)耦合器，將通過所述光學(xué)回音壁模式諧振器中的所述非線性光學(xué)混頻產(chǎn)生并輸出的光的一部分耦合為光學(xué)輸出，其中所述光學(xué)輸出包含處于與所述調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的所述光學(xué)頻率和所述光學(xué)泵浦頻率的光。
14.一種基于通過光學(xué)回音壁模式諧振器中的光學(xué)非線性的再生光產(chǎn)生低噪射頻(RF)信號(hào)的裝置，所述裝置包括: 激光器，所述激光器用于產(chǎn)生處于光學(xué)泵浦頻率的激光； 光學(xué)回音壁模式諧振器，所述光學(xué)回音壁模式諧振器支持回音壁模式并且表現(xiàn)出光學(xué)非線性以通過從處于所述光學(xué)泵浦頻率的所述激光獲取能量而引起非線性光學(xué)混頻和參數(shù)放大，從而生成處于與所述光學(xué)泵浦頻率不同的一個(gè)或多個(gè)新的光學(xué)頻率的光，所述光學(xué)回音壁模式諧振器表現(xiàn)出光電效應(yīng)； 電極，所述電極形成在所述光學(xué)回音壁模式諧振器上以將包含射頻頻率和所述射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波的射頻(RF)信號(hào)施加到所述光學(xué)回音壁模式諧振器以通過所述光電效應(yīng)引起所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的光的光學(xué)調(diào)制； 光學(xué)耦合器，所述光學(xué)耦合器將來自所述激光器的所述激光耦合到所述光學(xué)回音壁模式諧振器中，耦合到所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的所述激光被調(diào)制為包括與所述射頻頻率和所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻帶，其中所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的處于所述光學(xué)泵浦頻率和所述調(diào)制頻帶的所述經(jīng)調(diào)制的激光經(jīng)歷所述非線性光學(xué)混頻以將處于所述光學(xué)泵浦頻率的功率轉(zhuǎn)換為所述調(diào)制頻帶； 光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器耦合成接收從所述光學(xué)回音壁模式諧振器輸出的光以基于在所述光檢測(cè)器處對(duì)處于所述光學(xué)泵浦頻率和所述調(diào)制頻帶的解調(diào)產(chǎn)生處于所述射頻頻率和所述射頻頻率的一個(gè)或多個(gè)射頻諧波的射頻檢測(cè)器輸出；以及 射頻電路，所述射頻電路耦合成接收所述射頻檢測(cè)器輸出并且可操作為基于所述射頻檢測(cè)器輸出對(duì)所述射頻信號(hào)進(jìn)行處理，其中所述射頻電路被耦合到所述光學(xué)回音壁模式諧振器上的所述電極以施加所述射頻信號(hào)從而在所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)引起光學(xué)調(diào)制， 其中所述光學(xué)調(diào)制器、所述光學(xué)回音壁模式諧振器、所述光檢測(cè)器和所述射頻電路被配置成形成有源光電振蕩器環(huán)路以維持在所述射頻電路中維持包含所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中至少一些的所述射頻信號(hào)的光電振蕩，并且通過所述有源光電振蕩器環(huán)路中的所述光學(xué)回音壁模式諧振器的所述非線性光學(xué)混頻和濾波來減少所述射頻信號(hào)中的相位噪聲。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中: 所述有源光電振蕩器環(huán)路中的所述射頻電路被配置成實(shí)現(xiàn)射頻通頻帶，所述射頻通頻帶選擇待位于所述射頻信號(hào)中的所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的一些同時(shí)消除其他射頻頻率。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中: 所述射頻電路包括射頻濾波器以通過所述射頻電路對(duì)所述射頻頻率的所述一個(gè)或多個(gè)射頻諧波和所述射頻頻率中的一些的選擇以及對(duì)其他射頻頻率的消除而對(duì)通過所述光學(xué)回音壁模式諧振器內(nèi)的所述非線性光學(xué)混頻而生成的光的光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)。
17.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中: 所述射頻濾波器包括光學(xué)部件和電子部件，所述光學(xué)部件和所述電子部件形成在所述光學(xué)域中執(zhí)行所述濾波的一部分的光子射頻濾波器。
18.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中: 所述射頻電路包括對(duì)所述射頻信號(hào)進(jìn)行放大的射頻放大器。
19.如權(quán)利要求14所述的裝置，包括: 輸出光學(xué)耦合器，將通過所述光學(xué)回音壁模式諧振器中的所述非線性光學(xué)混頻產(chǎn)生并輸出的光的一部分耦合為光學(xué)輸出，其中所述光學(xué)輸出包含處于與所述調(diào)制頻帶對(duì)應(yīng)的所述光學(xué)頻率和 所述光學(xué)泵浦頻率的光。
【文檔編號(hào)】H01S3/098GK103733123SQ201280030915
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月23日
【發(fā)明者】安德烈·B·馬茨科, 盧特·馬利基 申請(qǐng)人:Oe電波公司