專利名稱：一種基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光通信和微波/毫米波技術中微波光子領域，具體涉及頻率可調諧光微波信號產(chǎn)生的光電振蕩器。
背景技術：
近20多年來在微波光子技術長足發(fā)展條件下，光電振蕩器(OEO)引起了廣泛的關注，相當數(shù)量的國內(nèi)外研究機構和科研人員在從事OEO或者與之相關的研究，OEO以其鮮明的特點得到令人矚目的發(fā)展。 國際上最早的OEO結構由Neyer和Voges在1982年提出，利用輸出端光信號反饋控制電光調制器的這種環(huán)形結構來實現(xiàn)振蕩器。X. Yao在1994年提出的結構創(chuàng)建了 OEO發(fā)展的主流系統(tǒng)框架，它由低噪聲光源，電光調制器，光纖，光電探測器，射頻放大器，射頻微波濾波器構成光電混合結構的振蕩環(huán)路實現(xiàn)自注入鎖定，并且X. Yao在1996年對該結構做了詳細系統(tǒng)分析，結合實驗結果建立了完整的理論分析，闡釋了 OEO環(huán)路各個獨立部分的功能。后來研究人員采用對溫度敏感性差的光子晶體光纖(PCF)代替普通SMF構成系統(tǒng)鏈路；雙環(huán)長光纖選模型OEO能夠有效地抑制單環(huán)選模OEO的邊模噪聲，長光纖能夠提供儲能介質，提高信號的Q值，目前報道的多環(huán)路結構有這樣幾種光電混合環(huán)路的雙環(huán)路結構、光電獨立的雙環(huán)路結構、光域分、合路的雙環(huán)路結構。以上的方法基本上是ー種將連續(xù)光能量轉換成為高頻振蕩的周期信號的裝置，更多關注的是如何利用光學技術實現(xiàn)儲能、濾波，最終得到高質量的微波信號，很少考慮到基于OEO結構產(chǎn)生任意頻率的光微波，并且實現(xiàn)OEO產(chǎn)生光微波頻率的可調諧性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是解決目前光電振蕩器所產(chǎn)生的光微波可調諧性差、產(chǎn)生高頻微波信號的頻率受限等問題，提供一種基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器，實現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)生任意頻率產(chǎn)生且頻率可調諧的光電振蕩器。本實用新型提供的基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器包括，直調激光器、偏振控制器、光環(huán)形器、激光器、光放大器、光稱合器、偏振分束器、第一光纖、第二光纖、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、光電探測器、電功分器、微波濾波器和微波放大器；直調激光器經(jīng)過偏振控制器連接光環(huán)形器的第二端ロ(b)，用于外部注入連續(xù)光的激光器連接光環(huán)形器的第一端ロ(a)，光環(huán)形器的第三端ロ(C)經(jīng)過光放大器連接光率禹合器輸入端，光I禹合器的輸出分成兩路，一路作為光信號輸出，另一路連接偏振分束器，偏振分束器的輸出分成兩路，一路依次經(jīng)第一光纖和第一偏振控制器連接偏振合束器，另一路依次經(jīng)第二光纖和第二偏振控制器連接偏振合束器，偏振合束器輸出經(jīng)光電探測器連接電功分器，電功分器的輸出分成兩路，一路作為電信號輸出，另一路依次經(jīng)微波濾波器和微波放大器反饋連接直調激光器。所述的用于外部注入連續(xù)光的激光器產(chǎn)生的連續(xù)光注入到直調激光器中，通過注入鎖定技術產(chǎn)生高頻載波，通過調整連續(xù)光的波長、光功率和偏振態(tài)來實現(xiàn)倍頻技術的調諧性，從而產(chǎn)生所需頻率的微波信號。本實用新型寬帶頻率可調諧光電振蕩器的工作過程第一、由直調激光器(I)產(chǎn)生光信號；第二、光信號經(jīng)過偏振控制器(2)后，再經(jīng)過光環(huán)形器(3)，然后經(jīng)過光放大器
(5)，然后經(jīng)過光耦合器(6)把光信號分成兩路，其中一路用于光信號的輸出，另外一路用于構成光電振蕩器的反饋回路；第三、用于光電振蕩器回路的光信號經(jīng)過偏振分束器(7)分成偏振正交的兩路的光信號，兩路光信號分別通過不同長度的光纖(8)和(9)，然后再分別經(jīng)過兩個偏振控制器
(10)和(11),最后通過偏振合束器(12)把偏振正交的兩路光信號合成一路；第四、緊接著光信號通過光電探測器(13)轉換成電信號，隨后通過ー個電功分器(14)把電信號分成兩路，其中一路用于電信號的輸出，另外一路通過微波濾波器(15)對電信號進行濾波，隨后用微波放大器(16)對濾波后的電信號進行放大，最后將電信號注入到直調激光器中，構成雙環(huán)路的光電振蕩器；第五、當構成回路的光電振蕩器穩(wěn)定起振后，將激光器(4)產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過光環(huán)形器⑶和偏振控制器⑵注入到直調激光器⑴，在(I)中對起振后的低頻光信號通過注入鎖定進行倍頻以后便會在光電振蕩器的光路反饋部分存在較強高頻光信號，在光耦合器(6)的光信號輸出端得到高頻光信號，在電功分器(14)的電信號輸出端得到高頻電信號。本實用新型的優(yōu)點和有益效果I、本實用新型方案中構成光電振蕩器的光微波頻率可以很低，且無需微波本振。
2、產(chǎn)生的光微波信號由于采用注入鎖定技術，因此產(chǎn)生的光微波頻率不受限制。3、新產(chǎn)生光微波信號的頻率的產(chǎn)生和可調諧性操作方法簡單。

圖I為本實用新型光電振蕩器總體結構示意圖；圖2為本實用新型中注入鎖定及可調諧方法工作原理示意圖，a為OEO穩(wěn)定振蕩后存在的模式圖，b為注入鎖定后的模式圖。圖中，I直調激光器，2偏振控制器，3光環(huán)形器，4激光器，5光放大器，6光耦合器，7偏振分束器，8光纖,9光纖，10第一偏振控制器,11第二偏振控制器，12偏振合束器,13光電探測器，14電功分器,15微波濾波器,16微波放大器。
以下結合附圖對基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器進行詳細說明。
具體實施方式
實施例I圖I所示為本實用新型提供的基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器，該光電振蕩器包括，直調激光器I、偏振控制器2、光環(huán)形器3、激光器4、光放大器5、光f禹合器6、偏振分束器7、第一光纖8、第二光纖9、第一偏振控制器10、第二偏振控制器11、偏振合束器12、光電探測器13、電功分器14、微波濾波器15和微波放大器16,該光電振蕩器的具體連接關系及工作過程如下直調激光器經(jīng)過偏振控制器連接光環(huán)形器的第二端ロ(b)，用于外部注入連續(xù)光的激光器連接光環(huán)形器的第一端ロ(a)，光環(huán)形器的第三端ロ(C)經(jīng)過光放大器連接光耦合器輸入端，光I禹合器的輸出分成兩路，一路作為光信號輸出，另一路連接偏振分束器，偏振分束器的輸出分成兩路，一路依次經(jīng)第一光纖和第一偏振控制器連接偏振合束器，另ー路依次經(jīng)第二光纖和第二偏振控制器連接偏振合束器，偏振合束器輸出經(jīng)光電探測器連接電功分器，電功分器的輸出分成兩路，一路作為電信號輸出，另一路依次經(jīng)微波濾波器和微波放大器反饋連接直調激光器。所述的用于外部注入連續(xù)光的激光器產(chǎn)生的連續(xù)光注入到直調激光器中，通過注入鎖定技術產(chǎn)生高頻載波，通過調整連續(xù)光的波長、光功率和偏振態(tài)來實現(xiàn)倍頻技術的調諧性，從而產(chǎn)生所需頻率的微波信號。首先由直調激光器(I)產(chǎn)生連續(xù)光信號；連續(xù)光經(jīng)過偏振控制器(2)后，再經(jīng)過光環(huán)形器(3)，然后經(jīng)過光放大器(5)，然后經(jīng)過光耦合器(6)把光信號分成兩路，其中一路用于光信號的輸出，另外一路用于構成光電振蕩器的反饋回路；用于光電振蕩器回路的連續(xù)光信號經(jīng)過偏振分束器(7)分成偏振正交的兩路的光信號，兩路光信號分別通過不同長度的光纖(8)和(9)，然后再分別經(jīng)過兩個偏振控制器(10)和(11),最后通過偏振合束器(12)把偏振正交的兩路光信號合成一路；緊接著光信號通過光電探測器(13)轉換成電信號，隨后通過ー個電功分器(14)把電信號分成兩路，其中一路用于電信號的輸出，另外一路通過微波濾波器(15)對電信號進行濾·波，隨后用微波放大器(16)對濾波后的電信號進行放大，最后將電信號注入到直調激光器中，從而產(chǎn)生調制的光脈沖信號，且當整個反饋結構的光電回路穩(wěn)定后即構成雙環(huán)路的光電振蕩器；當構成回路的光電振蕩器穩(wěn)定起振后，將激光器(4)產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過光環(huán)形器⑶和偏振控制器⑵注入到直調激光器⑴，在⑴中對起振后的低頻光信號進行倍頻以后便會在光電振蕩器的光路反饋部分存在高頻光信號，在光I禹合器(6)的光信號輸出端得到高頻光信號，在電功分器(14)的電信號輸出端得到高頻電信號，如圖I所示。注入鎖定及可調諧方法見圖2所示按照圖I所示的閉合結構，當OEO穩(wěn)定振蕩以后，在閉合回路中不僅存在較強且穩(wěn)定的低頻振蕩分量，同時還存在較弱的不同高頻分量，如圖2-a。當外部連續(xù)光注入到直調激光器后，注入光首先鎖定直調激光器內(nèi)對應注入光頻率處的模式并激起模式振蕩。剛開始時此振蕩模式只占直調激光器自由運轉模式的一小部分，隨著直調激光器電流的變化此模式處的増益越來越強，損耗逐漸減小，在競爭過程中逐漸占主導地位，競爭結果是此模式在諧振腔內(nèi)建立起穩(wěn)定的振蕩，直調激光器自由運轉的模式則被完全抑制，實現(xiàn)了注入鎖定。從而直調激光器至少有ー個模式被鎖定，且該模式對應于某一高頻分量，因此該高頻分量被放大，而其它頻率分量被抑制，如圖2_b。為了使注入鎖定達到最優(yōu)效果，功率得到最大放大，連續(xù)光的偏振態(tài)與直調激光器的偏振態(tài)必須一致，這樣可以最大化的減少能量損失，實現(xiàn)最佳化注入鎖定。因此調整連續(xù)光的偏振態(tài)和光功率可以改變注入鎖定的效果。另外調整連續(xù)光的波長可以決定注入鎖定的模式從而控制注入鎖定的信號頻率。在實現(xiàn)OEO的頻率可調諧性上，需要同時調整連續(xù)光的波長、光功率和波長，以達到最佳的頻率選擇。
權利要求1.一種基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器，其特征在于該光電振蕩器包括，直調激光器、偏振控制器、光環(huán)形器、激光器、光放大器、光稱合器、偏振分束器、第一光纖、第二光纖、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、光電探測器、電功分器、微波濾波器和微波放大器；直調激光器經(jīng)過偏振控制器連接光環(huán)形器的第二端ロ(b)，用于外部注入連續(xù)光的激光器連接光環(huán)形器的第一端ロ(a)，光環(huán)形器的第三端ロ(c)經(jīng)過光放大器連接光I禹合器輸入端，光I禹合器的輸出分成兩路，一路作為光信號輸出，另一路連接偏振分束器，偏振分束器的輸出分成兩路，一路依次經(jīng)第一光纖和第一偏振控制器連接偏振合束器，另一路依次經(jīng)第二光纖和第二偏振控制器連接偏振合束器，偏振合束器輸出經(jīng)光電探測器連接電功分器，電功分器的輸出分成兩路，一路作為電信號輸出，另一路依次經(jīng)微波濾波器和微波放大器反饋連接直調激光器。
專利摘要一種基于注入鎖定技術的寬帶頻率可調諧光電振蕩器。包括，直調激光器、偏振控制器、光環(huán)形器、激光器、光放大器、光耦合器、偏振分束器、第一光纖、第二光纖、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、光電探測器、電功分器、微波濾波器和微波放大器。本實用新型的光電振蕩器使用較低頻率的電信號基于注入鎖定技術可以產(chǎn)生任意高頻率的光微波信號，只需控制注入連續(xù)光的波長、偏振態(tài)和光功率即可實現(xiàn)微波頻率的調諧性。
文檔編號H01S1/02GK202454886SQ20122005721
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權日2012年2月21日
發(fā)明者史建華, 楊成全, 石云龍, 韓丙辰 申請人:山西大同大學