專利名稱：高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波技術(shù)和光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光電振蕩器。
背景技術(shù)：
光電振蕩器(0E0 Optoelectronic Oscillator)是一種光、電微波/毫米波信號發(fā)生裝置。它的基本結(jié)構(gòu)是利用光源、電光調(diào)制器、光電探測器、電濾波器所構(gòu)成的一個(gè)反饋回路，利用長光纖的儲(chǔ)能能力，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的光、電微波信號產(chǎn)生。目前0E0系統(tǒng)存在一 些由于其結(jié)構(gòu)特征所帶來的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在長光纖能在環(huán)路內(nèi)存儲(chǔ)更多的光場能量，提高產(chǎn)生信號的品質(zhì)，但是由此也帶來了系統(tǒng)體積龐大，易受外部環(huán)境影響，使得輸出頻率不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。此外，長光纖所構(gòu)成的長反饋環(huán)路將產(chǎn)生大量的，頻率間隔很小的邊模，這些邊摸噪聲難以被電濾波器濾除。為了解決0E0系統(tǒng)存在的缺陷，現(xiàn)有技術(shù)采用了一些新的結(jié)構(gòu)和方法，但這些現(xiàn)有技術(shù)均存在不足
1)采用鎖相環(huán)技術(shù)鎖定0E0的起振頻率對于提高0E0的頻率穩(wěn)定性是一種行之有效的辦法，但是，這一技術(shù)手段不能解決邊摸噪聲的問題；
2)采用高Q光子濾波器(如回音廊模式諧振器)實(shí)現(xiàn)頻率選擇和邊模抑制。如在專利“具有光諧振器的光電振蕩器(申請?zhí)?0803073.1)”中提出采用高Q光子濾波器實(shí)現(xiàn)頻率選擇和邊模抑制。這種高Q光子濾波器是由介質(zhì)材料制成的光學(xué)諧振腔，如果要滿足0E0單模起振的要求，則需要這種濾波器具有很小的尺寸，這就增加了加工難度。這種高Q濾波器具有較為固定的頻率選擇特性，若需要改變0E0的起振頻率，則需要相應(yīng)地更換濾波器。此外當(dāng)這種濾波器Q值很大時(shí)，插入損耗也很大；
3)采用多環(huán)路結(jié)構(gòu)抑制邊模。多環(huán)路結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，并且需要使用長光纖，使整個(gè)0E0系統(tǒng)體積龐大，采用鎖相環(huán)技術(shù)鎖定起振頻率時(shí)，理論上需要對每一個(gè)環(huán)路采取鎖相控制，這極大的增加了成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，多環(huán)路結(jié)構(gòu)只能是在一定程度上加大了振蕩器的邊摸間隔，只有環(huán)路數(shù)量較多時(shí)才能有效地保證0E0的單模起振；

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供的一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)0E0的穩(wěn)頻鎖相和單模操作，結(jié)構(gòu)簡單，且成本低的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器。本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，包括激光器、調(diào)制器B、高穩(wěn)定微波源、鎖相控制模塊,其中激光器的輸出端連接到調(diào)制器A的輸入端，調(diào)制器A的輸出端與一段長光纖相連接，一段長光纖的輸出進(jìn)入光I禹合器，光I禹合器的一路輸出作為光信號輸出，另一路進(jìn)入調(diào)制器B的輸入端，調(diào)制器B的輸出端與光電探測器的光輸入端相連接，光電探測器的電輸出端與電帶通濾波器相連接，電帶通濾波器的輸出進(jìn)入微波放大器，微波放大器的輸出與微波功分器A相連接，微波功分器A的一路輸出進(jìn)入移相器,另一路輸出進(jìn)入鎖相控制模塊，移相器的輸出與微波功分器B相連接,微波功分器B的一路輸出作為振蕩器的電信號輸出，一路與調(diào)制器A的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成光電振蕩器的反饋環(huán)路；高穩(wěn)定微波源的輸出與微波功分器C相連接，微波功分器C的一路輸出與調(diào)制器B的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成對振蕩環(huán)路內(nèi)信號的調(diào)制，另一路與鎖相控制模塊的輸入端連接，鎖相控制模塊輸出比較后的誤差電壓信號，并反饋輸入到移相器的控制輸入端完成對腔長的控制。上述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，其中鎖相控制模塊包括分頻器a、混頻器b、低通濾波器c和算法控制器d，分頻器a與混頻器b連接，混頻器b與低通濾波器c連接，低通濾波器c與算法控制器d連接。上述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩 器，其中調(diào)制器A采用馬赫-曾德結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器，調(diào)制器B選擇聲光調(diào)制器，高穩(wěn)定微波源為一個(gè)高穩(wěn)恒溫晶振，移相器為電微波移相器。一種高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，包括直調(diào)激光器、調(diào)制器B、高穩(wěn)定微波源、鎖相控制模塊，其中直調(diào)激光器的輸出端與一段長光纖相連接，一段長光纖的輸出進(jìn)入光耦合器，光I禹合器的一路輸出作為光信號輸出，另一路進(jìn)入調(diào)制器B的輸入端,調(diào)制器B的輸出端與移相器的輸入端相連接，移相器的輸出端與光電探測器的光輸入端相連接，光電探測器的電輸出端與電帶通濾波器相連接，電帶通濾波器的輸出進(jìn)入微波放大器，微波放大器的輸出與微波功分器A相連接,微波功分器A的一路輸出進(jìn)入鎖相控制模塊,另一路與微波功分器B相連接,微波功分器B的一路輸出作為振蕩器的電信號輸出，一路與直調(diào)激光器的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成光電振蕩器的反饋環(huán)路；高穩(wěn)定微波源的輸出與微波功分器C相連接，微波功分器C的一路輸出與調(diào)制器B的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成對振蕩環(huán)路內(nèi)信號的調(diào)制，另一路與鎖相控制模塊的輸入端連接，鎖相控制模塊輸出兩路輸入信號的誤差電壓信號，反饋輸入到移相器的控制輸入端完成對腔長的控制。上述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，其中調(diào)制器B選擇馬赫-曾德結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器，高穩(wěn)定微波源為一個(gè)高穩(wěn)恒溫晶振，移相器為纏繞一段光纖的壓電陶瓷(PZT)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的有益效果，從以上技術(shù)方案可知本發(fā)明在光電振蕩器(OEO)環(huán)路內(nèi)放置了一個(gè)調(diào)制器B，并利用一個(gè)高穩(wěn)定微波源驅(qū)動(dòng)該調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制注入鎖模以實(shí)現(xiàn)模式選擇和抑制振蕩器的邊摸噪聲，同時(shí)利用鎖相環(huán)原理將OEO的輸出信號與高穩(wěn)定微波源進(jìn)行比較，進(jìn)而反饋控制OEO輸出信號的穩(wěn)定性。本發(fā)明所提出的光電振蕩器裝置便于對腔長實(shí)施鎖相控制，對電帶通濾波器的Q值要求可以放得比較寬。高穩(wěn)定微波源可以是一個(gè)頻率很低的信號并且可以被鎖相控制模塊共享，因此本發(fā)明僅僅在傳統(tǒng)單環(huán)路OEO系統(tǒng)上增加了一個(gè)低成本的調(diào)制環(huán)節(jié)。此外，由于腔長所決定的模式間隔很小，因此在改變OEO的振蕩頻率時(shí)，也不需要對高穩(wěn)定微波源的輸出頻率做出更多的要求。本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)OEO的穩(wěn)頻鎖相和單模操作，結(jié)構(gòu)簡單，且成本低，因而極具實(shí)用價(jià)值。


圖1為實(shí)施例1的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器示意 圖2為本發(fā)明的一種鎖相控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例2的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器示意圖。圖中標(biāo)記1、激光器；2、調(diào)制器A ;3、一段長光纖；4、光耦合器；5、調(diào)制器B ;6、光電探測器；7、電帶通濾波器；8、微波放大器；9、微波功分器A ;10、移相器；11、微波功分器B ;12、高穩(wěn)定微波源；13、微波功分器C ;14、鎖相控制模塊；14a、分頻器；14b、混頻器；14c、低通濾波器；14d、算法控制器；15、直調(diào)激光器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器的 具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下
實(shí)施例1:
參照圖1和2，高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，包括激光器1、調(diào)制器B5、高穩(wěn)定微波源12、鎖相控制模塊14，其中鎖相控制模塊包括分頻器14a、混頻器14b、低通濾波器14c和算法控制器14d，分頻器14a與混頻器14b連接，混頻器14b與低通濾波器14c連接，低通濾波器14c與算法控制器14d連接；激光器I的輸出端連接到調(diào)制器A2的輸入端，調(diào)制器A2的輸出端與一段長光纖3相連接,一段長光纖3的輸出進(jìn)入光I禹合器4,光I禹合器4的一路輸出作為光信號輸出，另一路進(jìn)入調(diào)制器B5的輸入端,調(diào)制器B5的輸出端與光電探測器6的光輸入端相連接，光電探測器6的電輸出端與電帶通濾波器7相連接，電帶通濾波器7的輸出進(jìn)入微波放大器8，微波放大器8的輸出與微波功分器A9相連接，微波功分器A9的一路輸出進(jìn)入移相器10,另一路輸出進(jìn)入鎖相控制模塊14,移相器10的輸出與微波功分器Bll相連接,微波功分器Bll的一路輸出作為振蕩器的電信號輸出，一路與調(diào)制器A2的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成光電振蕩器的反饋環(huán)路；高穩(wěn)定微波源12的輸出與微波功分器C13相連接，微波功分器C13的一路輸出與調(diào)制器B5的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成對振蕩環(huán)路內(nèi)信號的調(diào)制，另一路與鎖相控制模塊14的輸入端連接，鎖相控制模塊14輸出比較后的誤差電壓信號，并反饋輸入到移相器10的控制輸入端完成對腔長的控制。其中，調(diào)制器A2采用馬赫-曾德結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器，調(diào)制器B5選擇聲光調(diào)制器，高穩(wěn)定微波源12為一個(gè)高穩(wěn)恒溫晶振，移相器10為電微波移相器。工作原理為激光器發(fā)出的連續(xù)光依次通過調(diào)制器A，一段長光纖，調(diào)制器B，光電探測器，電帶通濾波器，微波放大器，移相器后進(jìn)入調(diào)制器A的調(diào)制驅(qū)動(dòng)端口，完成對光源的反饋調(diào)制。環(huán)路結(jié)構(gòu)會(huì)決定振蕩器的振蕩模式，若信號在振蕩環(huán)路內(nèi)的傳輸時(shí)間為τ，則振蕩器會(huì)具有頻率間隔為￥ = Ι/γ的一系列振蕩器模式，當(dāng)環(huán)路很長時(shí)，頻率間隔會(huì)很小(例如環(huán)路長度為Ikm時(shí)，模式的頻率間隔將為IOOkHz量級)?？紤]電帶通濾波器的中心頻率為/，濾波器帶寬為Δ/ ,通常Δ/會(huì)遠(yuǎn)大于模式間隔孚，因此不可能利用電帶通濾波器選擇出其中的一個(gè)模式作為振蕩器的輸出。此時(shí)，整個(gè)OEO系統(tǒng)將產(chǎn)生一個(gè)中心頻率為夕，并在整個(gè)4/范圍內(nèi)具有大量間隔為F的多模信號輸出。若一個(gè)高穩(wěn)定微波信號源
發(fā)出一個(gè)頻率為J0的微波信號并通過調(diào)制器B對環(huán)路內(nèi)的模式進(jìn)行調(diào)制鎖模，在適當(dāng)?shù)那婚L條件下可以同時(shí)滿足/ =挪Xf和/Q = x孚(這里的m和η為整數(shù))，再考慮到振蕩器內(nèi)的模式競爭，因此振蕩器內(nèi)只有/和/±/0三個(gè)模式可以保留。恰當(dāng)?shù)剡x擇電帶通濾波器，
使得4/ < J0，最終振蕩器的輸出只有頻率為/的一個(gè)模式。為了補(bǔ)償長光纖受到外界環(huán)境
的影響而發(fā)生的長度變化，可以采用鎖相環(huán)原理來穩(wěn)定腔長。此時(shí)，將同一個(gè)高穩(wěn)定微波源作為參考信號，將它與OEO的輸出信號一起輸入鎖相控制模塊14檢出兩者之間的誤差電壓信號，并由此信號反饋控制移相器10，使得最終OEO的輸出信號穩(wěn)定性被高穩(wěn)定微波源鎖·定。這里的電微波移相器可以通過伸縮改變長度實(shí)現(xiàn)信號的移相。參見圖2，鎖相控制模塊14的具體工作流程為0Ε0輸出頻率力的信號，經(jīng)微波
功分器Α9分出一路進(jìn)入分頻器14a，分頻器14a將頻率/降至接近高穩(wěn)定微波源12所產(chǎn)生
的信號頻率石后，與高穩(wěn)定微波源12發(fā)出的信號在混頻器14b內(nèi)進(jìn)行混頻，混頻輸出信號
經(jīng)過低通濾波器處理后進(jìn)入算法控制器產(chǎn)生誤差電壓信號，將此信號反饋至移相器10用于調(diào)節(jié)OEO輸出的相位，最終使得OEO的輸出信號被晶振信號鎖定。實(shí)施例2:
參照圖2和3，高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，包括直調(diào)激光器15、調(diào)制器B5、高穩(wěn)定微波源12、鎖相控制模塊14,其特征在于直調(diào)激光器15的輸出端與一段長光纖3相連接,一段長光纖3的輸出進(jìn)入光I禹合器4,光f禹合器4的一路輸出作為光信號輸出，另一路進(jìn)入調(diào)制器B5的輸入端，調(diào)制器B5的輸出端與移相器10的輸入端相連接，移相器10的輸出端與光電探測器6的光輸入端相連接，光電探測器6的電輸出端與電帶通濾波器7相連接，電帶通濾波器7的輸出進(jìn)入微波放大器8,微波放大器8的輸出與微波功分器A9相連接,微波功分器A9的一路輸出進(jìn)入鎖相控制模塊14,另一路與微波功分器Bll相連接,微波功分器Bll的一路輸出作為振蕩器的電信號輸出，一路與直調(diào)激光器15的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成光電振蕩器的反饋環(huán)路；高穩(wěn)定微波源12的輸出與微波功分器C13相連接，微波功分器C13的一路輸出與調(diào)制器B5的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成對振蕩環(huán)路內(nèi)信號的調(diào)制，另一路與鎖相控制模塊14的輸入端連接，鎖相控制模塊14輸出兩路輸入信號的誤差電壓信號，反饋輸入到移相器10的控制輸入端完成對腔長的控制。其中，調(diào)制器B5選擇馬赫-曾德結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器，高穩(wěn)定微波源12為一個(gè)高穩(wěn)恒溫晶振，移相器10為纏繞一段光纖的壓電陶瓷(PZT)。它與實(shí)施例1的區(qū)別在于，激光器I的連續(xù)光產(chǎn)生和調(diào)制器A2的反饋調(diào)制功能被一個(gè)直調(diào)激光器15替代。移相器10的移相操作在光路中完成,它通過鎖相控制模塊14的輸出控制壓電陶瓷(PZT)，使得纏繞在它上面的光纖產(chǎn)生伸縮作用來控制諧振腔的腔長。
本發(fā)明所述并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其它的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，包括激光器(I)、調(diào)制器B (5)、高穩(wěn)定微波源(12)、鎖相控制模塊(14)，其特征在于激光器(I)的輸出端連接到調(diào)制器A (2)的輸入端，調(diào)制器A (2)的輸出端與一段長光纖(3)相連接,一段長光纖(3)的輸出進(jìn)入光f禹合器(4),光率禹合器(4)的一路輸出作為光信號輸出，另一路進(jìn)入調(diào)制器B (5)的輸入端,調(diào)制器B (5)的輸出端與光電探測器(6)的光輸入端相連接，光電探測器(6)的電輸出端與電帶通濾波器(7 )相連接，電帶通濾波器(7 )的輸出進(jìn)入微波放大器(8 ),微波放大器(8 )的輸出與微波功分器A (9)相連接，微波功分器A (9)的一路輸出進(jìn)入移相器(10)，另一路輸出進(jìn)入鎖相控制模塊(14),移相器(10)的輸出與微波功分器B (11)相連接,微波功分器B (11)的一路輸出作為振蕩器的電信號輸出，一路與調(diào)制器A (2)的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成光電振蕩器的反饋環(huán)路；高穩(wěn)定微波源(12)的輸出與微波功分器C (13)相連接，微波功分器C (13)的一路輸出與調(diào)制器B (5)的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成對振蕩環(huán)路內(nèi)信號的調(diào)制，另一路與鎖相控制模塊(14)的輸入端連接，鎖相控制模塊(14)輸出比較后的誤差電壓信號，并反饋輸入到移相器(10)的控制輸入端完成對腔長的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，其特征在于:鎖相控制模塊包括分頻器(14a)、混頻器(14b)、低通濾波器(14c)和算法控制器(14d)，分頻器(14a)與混頻器(14b)連接，混頻器(14b)與低通濾波器(14c)連接，低通濾波器(14c)與算法控制器(14d)連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，其特征在于調(diào)制器A(2)采用馬赫-曾德結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器，調(diào)制器B (5)選擇聲光調(diào)制器，高穩(wěn)定微波源(12)為一個(gè)高穩(wěn)恒溫晶振，移相器(10)為電微波移相器。
4.一種高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器,包括直調(diào)激光器(15)、調(diào)制器B (5)、高穩(wěn)定微波源(12)、鎖相控制模塊(14),其特征在于直調(diào)激光器(15)的輸出端與一段長光纖(3)相連接，一段長光纖(3 )的輸出進(jìn)入光I禹合器(4 ),光I禹合器(4 )的一路輸出作為光信號輸出，另一路進(jìn)入調(diào)制器B (5)的輸入端，調(diào)制器B (5)的輸出端與移相器(10)的輸入端相連接，移相器(10)的輸出端與光電探測器(6)的光輸入端相連接,光電探測器(6)的電輸出端與電帶通濾波器(7 )相連接，電帶通濾波器(7 )的輸出進(jìn)入微波放大器(8 )，微波放大器(8 )的輸出與微波功分器A (9)相連接,微波功分器A (9)的一路輸出進(jìn)入鎖相控制模塊(14),另一路與微波功分器B (11)相連接,微波功分器B (11)的一路輸出作為振蕩器的電信號輸出，一路與直調(diào)激光器(15)的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成光電振蕩器的反饋環(huán)路；高穩(wěn)定微波源(12)的輸出與微波功分器C(13)相連接,微波功分器C (13)的一路輸出與調(diào)制器B (5)的微波驅(qū)動(dòng)端連接完成對振蕩環(huán)路內(nèi)信號的調(diào)制，另一路與鎖相控制模塊(14)的輸入端連接，鎖相控制模塊(14 )輸出兩路輸入信號的誤差電壓信號，反饋輸入到移相器(10 )的控制輸入端完成對腔長的控制。
5.如權(quán)利要求4所述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器,其特征在于鎖相控制模塊包括分頻器(14a)、混頻器(14b)、低通濾波器(14c)和算法控制器(14d)，分頻器(14a)與混頻器(14b)連接，混頻器(14b)與低通濾波器(14c)連接，低通濾波器(14c)與算法控制器(14d)連接。
6.如權(quán)利要求4或5所述的高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，其特征在于調(diào)制器B(5)選擇馬赫-曾德結(jié)構(gòu)電光調(diào)制器，高穩(wěn)定微波源(12)為一個(gè)高穩(wěn)恒溫晶振，移相器(10)為纏繞一段光纖的壓電陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高穩(wěn)定單模微波光電振蕩器，是在所述的光電振蕩器(OEO)環(huán)路內(nèi)放置一個(gè)調(diào)制器B(5)，并受到一個(gè)高穩(wěn)定微波源(12)的驅(qū)動(dòng)，通過這一調(diào)制鎖模過程可以選擇振蕩器的輸出模式并通過模式間的增益競爭抑制邊模噪聲。同時(shí)利用鎖相環(huán)原理將OEO的輸出信號與高穩(wěn)定微波源(12)的輸出信號進(jìn)行比較，進(jìn)而反饋控制OEO輸出信號的相位(或OEO的腔長)，最終得到穩(wěn)定的單模OEO輸出。本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)OEO的穩(wěn)頻鎖相和單模操作，結(jié)構(gòu)簡單，且成本低，因而極具實(shí)用價(jià)值。
文檔編號H01S1/02GK103022857SQ201210525088
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者江陽 申請人:貴州大學(xué)