基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器及方法。該振蕩器的光端設(shè)備包括直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器與光接收模塊；電端設(shè)備包括第一功分器、移相器、放大器、延遲線、第二功分器和第三功分器。所述第二功分器、放大器、移相器、第一功分器與延遲線順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路并產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器的電壓調(diào)節(jié)該微波信號的頻率；所述微波信號送入由第三功分器、直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光接收模塊、第一功分器、延遲線、第二功分器順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路；當(dāng)兩個環(huán)路互相鎖定后，同時符合二者振蕩的頻率被選出，由第三功分器輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。本發(fā)明產(chǎn)生的微波信號可調(diào)諧范圍大、相位噪聲低、性能穩(wěn)定。
【專利說明】基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電振蕩器的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]振蕩器是通信系統(tǒng)、導(dǎo)航、雷達、測試儀器、電子對抗等電子系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，直接影響電子系統(tǒng)的性能。振蕩器可以為高速數(shù)字系統(tǒng)提供時鐘信號，作為本振實現(xiàn)上、下變頻，在同步系統(tǒng)中作為參考源。現(xiàn)代通信技術(shù)向高帶寬、高頻率發(fā)展，進一步提高了對微波振蕩器性能的要求。
[0003]光電振蕩器(OEO)是其中最具代表性、最早走向?qū)嵱没墓庾訉W(xué)微波與毫米波振蕩器(源)。光電振蕩器是由光源，光學(xué)調(diào)制器，光纖，探測器，電濾波器，移相器和放大器等組成的光電混合諧振器，其基本原理是調(diào)制器產(chǎn)生的邊帶經(jīng)過一段光纖和放大進入光電探測器，光電探測器產(chǎn)生的微波經(jīng)過濾波，移相，放大后反饋到調(diào)制器。經(jīng)過多次反饋作用，只有位于濾波器帶通范圍內(nèi)的微波諧振模式才能獲得有效振蕩。由于光纖的Q值非常高，所以光電振蕩器產(chǎn)生的微波噪聲非常低，遠低于傳統(tǒng)的微波源。
[0004]目前的光電振蕩器結(jié)構(gòu)大多是完成單一頻點的微波信號產(chǎn)生，一些可以實現(xiàn)可調(diào)諧的方案也是大動態(tài)調(diào)諧，而對于kHz量級的精細調(diào)節(jié)，目前還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)，利用移相器來改變光電振蕩器的輸出頻率，現(xiàn)階段最高的研究成果可以實現(xiàn)幾MHz量級的調(diào)諧，并不能從根本解決光電振蕩器可調(diào)諧的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)諧范圍大、相位噪聲低、性能穩(wěn)定的基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器及方法。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，包括光端設(shè)備和電端設(shè)備，所述光端設(shè)備包括通過光纖順次連接的直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器與光接收模塊；所述電端設(shè)備包括第一功分器、移相器、放大器、延遲線、第二功分器和第三功分器，其中光接收模塊的輸出端接入第一功分器的一個輸入端，第一功分器的輸出端通過延遲線接入第二功分器的輸入端，第二功分器的一個輸出端順次通過放大器、移相器接入第一功分器的另一個輸入端，第二功分器的另一個輸出端通過第三功分器接入直接調(diào)制DFB激光器；
[0007]所述第二功分器、放大器、移相器、第一功分器與延遲線順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器的電壓調(diào)整該微波信號的相位，進而調(diào)節(jié)該微波信號的頻率；所述微波信號送入由第三功分器、直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光接收模塊、第一功分器、延遲線、第二功分器順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路；當(dāng)電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器的電端即第三功分器的輸出端輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。
[0008]一種基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩方法，將電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路結(jié)合成自注入鎖定光電振蕩器，具體為:
[0009]步驟1，所述第二功分器、放大器、移相器、第一功分器與延遲線順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器的電壓調(diào)整該微波信號的相位，進而調(diào)節(jié)該微波信號的頻率；
[0010]步驟2，所述微波信號送入由第三功分器、直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光接收模塊、第一功分器、延遲線、第二功分器順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路；
[0011]步驟3，當(dāng)電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器的電端即第三功分器的輸出端輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為:(1)將電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路結(jié)合成自注入鎖定光電振蕩器，改善了光電振蕩器輸出信號的相位噪聲；(2)通過調(diào)節(jié)移相器的相位，等效調(diào)節(jié)電自激環(huán)路的長度，實現(xiàn)光電振蕩器輸出頻率的精細可調(diào)諧；(3)產(chǎn)生的微波信號可調(diào)諧范圍大、相位噪聲低、性能穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器的系統(tǒng)框圖。

【具體實施方式】
[0014]高頻譜純度、低相位噪聲的信號源在時間頻率傳遞的過程中使用非常廣泛，傳統(tǒng)意義的振蕩器采用介質(zhì)振蕩器或石英晶體作為儲能元件，振蕩器不能產(chǎn)生高頻譜純度、低相位噪聲，石英晶體不能得到高頻振蕩信號。與之相比，光電振蕩器可以產(chǎn)生頻率范圍在幾百MHz到幾百GHz的范圍內(nèi)穩(wěn)定高純度信號，但其相位易受外界環(huán)境的影響，且不能大范圍的精細調(diào)節(jié)，利用電自激振蕩和相位補償，形成電自注入鎖定就可以較容易的實現(xiàn)低相位噪聲高品質(zhì)信號的產(chǎn)生，同時大范圍的精細調(diào)節(jié)微波信號的頻率。
[0015]目前利用移相器調(diào)諧光電振蕩器的輸出頻率，其頻率的變化量大多是kHz量級，變化量較小，本發(fā)明依托相位補償原理，將電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路結(jié)合成自注入鎖定光電振蕩器，改善了光電振蕩器輸出信號的相位噪聲，通過調(diào)節(jié)移相器的相位，等效調(diào)節(jié)電自激環(huán)路的長度，實現(xiàn)光電振蕩器輸出頻率的精細可調(diào)諧，產(chǎn)生的微波信號可調(diào)諧范圍大、相位噪聲低、性能穩(wěn)定。
[0016]結(jié)合圖1，本發(fā)明基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，包括光端設(shè)備和電端設(shè)備，所述光端設(shè)備包括通過光纖順次連接的直接調(diào)制DFB激光器1、光衰減器2與光接收模塊3 ;所述電端設(shè)備包括第一功分器4、移相器5、放大器6、延遲線7、第二功分器8和第三功分器9,其中光接收模塊3的輸出端接入第一功分器4的一個輸入端,第一功分器4的輸出端通過延遲線7接入第二功分器8的輸入端，第二功分器8的一個輸出端順次通過放大器6、移相器5接入第一功分器4的另一個輸入端,第二功分器8的另一個輸出端通過第三功分器9接入直接調(diào)制DFB激光器I ;
[0017]所述第二功分器8、放大器6、移相器5、第一功分器4與延遲線7順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器5的電壓調(diào)整該微波信號的相位，進而調(diào)節(jié)該微波信號的頻率；所述微波信號送入由第三功分器9、直接調(diào)制DFB激光器1、光衰減器2、光接收模塊3、第一功分器4、延遲線7、第二功分器8順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路；當(dāng)電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器的電端即第三功分器9的輸出端輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。
[0018]本發(fā)明基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩方法，將電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路結(jié)合成自注入鎖定光電振蕩器，具體為:
[0019]步驟1，所述第二功分器8、放大器6、移相器5、第一功分器4與延遲線7順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器5的電壓調(diào)整該微波信號的相位，進而調(diào)節(jié)該微波信號的頻率；
[0020]步驟2，所述微波信號送入由第三功分器9、直接調(diào)制DFB激光器1、光衰減器2、光接收模塊3、第一功分器4、延遲線7、第二功分器8順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路；
[0021]步驟3，當(dāng)電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器的電端即第三功分器9的輸出端輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。
[0022]實施例1
[0023]本發(fā)明基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，由常用的光纖通信器件和微波器件構(gòu)成:
[0024]直接調(diào)制DFB激光器I采用模擬帶寬20G的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器；
[0025]光衰減器2采用1550nm波長的光可變衰減器；
[0026]光接收模塊3采用模擬帶寬20G的PIN接收組件；
[0027]第一功分器4采用50:50的電功率分路器；
[0028]移相器5采用寬帶0-2 相移器；
[0029]放大器6采用窄帶微波放大器；
[0030]延遲線7采用高頻電纜傳輸線；
[0031]第二功分器8采用50:50的電功率分路器；
[0032]第三功分器9采用50:50的電功率分路器。
[0033]該裝置包括光端端設(shè)備和電端設(shè)備，其中，
[0034]光端設(shè)備中，直接調(diào)制DFB激光器I采用模擬帶寬20G的分布反饋半導(dǎo)體激光器、光衰減器2采用波長1550nm的可變光功率衰減器與光接收模塊3采用20G的模擬PIN+TIA接收組件，通過光纖順序相連；
[0035]電端設(shè)備中，第一功分器4采用3dB的功率分配器、延遲線7采用20G的高頻電纜傳輸線、第二功分器8采用3dB的功率分配器、第三功分器9采用3dB的功率分配器和直接調(diào)制DFB激光器I順序連接，第二功分器8的另一輸出端、放大器6采用8-12G、30dB增益的微波放大器、移相器5米用8-12G的0-2 η移相器、第一功分器4的另一輸入端順序相連，第二功分器8、放大器6、移相器5、第一功分器4與延遲線7順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路。
[0036]綜上所述，本發(fā)明電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，通過調(diào)節(jié)電自激振蕩環(huán)路中的移相器，改變光電振蕩器輸出微波信號的頻率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于小型化，產(chǎn)生的微波信號可調(diào)諧范圍大、相位噪聲低、性能穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，其特征在于，包括光端設(shè)備和電端設(shè)備，所述光端設(shè)備包括通過光纖順次連接的直接調(diào)制DFB激光器(I)、光衰減器(2)與光接收模塊(3);所述電端設(shè)備包括第一功分器(4)、移相器(5)、放大器(6)、延遲線(7)、第二功分器(8)和第三功分器(9)，其中光接收模塊(3)的輸出端接入第一功分器(4)的一個輸入端，第一功分器(4)的輸出端通過延遲線(7)接入第二功分器(8)的輸入端，第二功分器(8)的一個輸出端順次通過放大器(6)、移相器(5)接入第一功分器(4)的另一個輸入端，第二功分器(8)的另一個輸出端通過第三功分器(9)接入直接調(diào)制DFB激光器(I)； 所述第二功分器(8)、放大器(6)、移相器(5)、第一功分器(4)與延遲線(7)順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器(5)的電壓調(diào)整該微波信號的相位，進而調(diào)節(jié)該微波信號的頻率；所述微波信號送入由第三功分器(9)、直接調(diào)制DFB激光器(I)、光衰減器(2)、光接收模塊(3)、第一功分器(4)、延遲線(7)、第二功分器(8)順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路；當(dāng)電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器的電端即第三功分器(9)的輸出端輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，其特征在于，所述直接調(diào)制DFB激光器(I)采用模擬帶寬20G的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，其特征在于，所述光衰減器(2)采用1550nm波長的光可變衰減器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，其特征在于，所述光接收模塊(3)采用模擬帶寬20G的PIN接收組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，其特征在于，所述移相器(5)采用寬帶0-2 π相移器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩器，其特征在于，所述第一功分器(4)、第二功分器(8)和第三功分器(9)均采用50:50的電功率分路器。
7.一種基于電自激振蕩環(huán)路的可調(diào)諧光電振蕩方法，其特征在于，將電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路結(jié)合成自注入鎖定光電振蕩器，具體為: 步驟1，所述第二功分器(8)、放大器(6)、移相器(5)、第一功分器(4)與延遲線(7)順序相連構(gòu)成電自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路產(chǎn)生微波信號，通過調(diào)節(jié)移相器(5)的電壓調(diào)整該微波信號的相位，進而調(diào)節(jié)該微波信號的頻率； 步驟2，所述微波信號送入由第三功分器(9)、直接調(diào)制DFB激光器(I)、光衰減器(2)、光接收模塊(3)、第一功分器(4)、延遲線(7)、第二功分器(8)順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路； 步驟3，當(dāng)電自激振蕩環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器的電端即第三功分器(9)的輸出端輸出能夠調(diào)諧的低相噪微波信號。
【文檔編號】H01S1/02GK104051933SQ201410284477
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】張寶富, 陳亦望, 吳傳信, 李建華, 盧麟 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)