一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路的制作方法
【專利摘要】一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路，包括移相器微波放大器，混頻器，低通濾波器，伺服模塊，其特征在于所述穩(wěn)定性控制電路將注入信號分為兩部分，一部分用于注入長光纖環(huán)OEO，另一部分作為參考信號通過90度移相后與OEO輸出信號實現(xiàn)混頻鑒相，然后將鑒相后的電壓信號反饋到OEO環(huán)內(nèi)的壓控移相器的電壓控制端，通過移相器的相移來控制振蕩信號的相位，直到與參考信號同步，最終得到穩(wěn)定的輸出信號。本發(fā)明能夠在較復(fù)雜的外界因素干擾下保持OEO的長期穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)OEO穩(wěn)定性控制電路相比，本發(fā)明信號處理部分均在電域進(jìn)行，克服了光域控制系統(tǒng)的復(fù)雜性且具有較高的控制精度。
【專利說明】一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對注入鎖定光電振蕩器(Opto-Electronic Oscillator, 0E0)的穩(wěn)定性控制電路，屬于光通信和微波/毫米波技術(shù)中微波光子領(lǐng)域，特別是一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]近20多年來，在微波光子技術(shù)長足發(fā)展條件下，光電振蕩器(OEO)引起了廣泛的關(guān)注，相當(dāng)數(shù)量的國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和科研人員在從事OEO或者與之相關(guān)的研究，OEO以其鮮明的特點得到令人矚目的發(fā)展。
[0003]國際上最早的OEO結(jié)構(gòu)由Neyer和Voges在1982年提出，利用輸出端光信號反饋控制電光調(diào)制器的這種環(huán)形結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)振蕩器。X.Ya0在1994年提出的結(jié)構(gòu)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(diào)制器，光纖，光電探測器，射頻放大器，射頻微波濾波器構(gòu)成光電混合結(jié)構(gòu)的振蕩環(huán)路實現(xiàn)自注入鎖定，并且X.Yao在1996年對該結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)系統(tǒng)分析，結(jié)合實驗結(jié)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(gòu)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(zhì)，提高信號的Q值，目前報道的多環(huán)路結(jié)構(gòu)有這樣幾種:光電混合環(huán)路的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)、光電獨立的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)、光域分、合路的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)。
[0004]而超穩(wěn)定振蕩器是電子通信系統(tǒng)的核心。高質(zhì)量的微波振蕩器在光通信、衛(wèi)星通信、微波通信以及高精度測量等方向起著重要的作用。傳統(tǒng)的微波源一般通過晶振的多次倍頻而得，但隨著倍頻次數(shù)的增加，相噪(短期穩(wěn)定性)會越來越大，也就是說，相噪會隨著載波頻率的增加而增加。OEO的發(fā)明解決了該問題，基于光纖延時的OEO的相噪不隨振蕩頻率的升高而增加，是超穩(wěn)定微波、毫米波振蕩源的優(yōu)質(zhì)備選。其基本原理在于:激光器發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)電光調(diào)制器被振蕩信號強(qiáng)度調(diào)制后通過光纖傳輸至光電探測器前端，光電探測器把已調(diào)光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過選頻、放大，最終反饋至調(diào)制器電輸入端，然后再進(jìn)行下一次循環(huán)，滿足巴克豪森振蕩條件(開環(huán)增益大于1，相差為2π的整數(shù)倍)的頻點最終形成穩(wěn)定的振蕩信號。
[0005]在其它器件性能指標(biāo)不變的情況下，OEO的相噪與光纖延時量的平方成反比。光纖越長，相噪越低，但自由譜范圍會越來越小(lkm SMF光纖對應(yīng)的自由譜范圍約為200kHz)，在微波頻段無法找到如此高Q值的窄帶濾波器對振蕩信號的雜散進(jìn)行有效抑制。采用注入鎖定方式是抑制雜散的有效方式:采用一個穩(wěn)定的微波信號注入長光纖環(huán)0E0，控制注入信號頻率，讓其與長光纖環(huán)OEO單獨振蕩時的某個模式對應(yīng)頻率一致，能夠讓長光纖環(huán)OEO的該個模式信號在“模式競爭”中取得優(yōu)勢，進(jìn)而抑制其它模式，最終實現(xiàn)單模輸出。
[0006]由于玻璃通信光纖的溫度敏感度較高，隨著穩(wěn)定的變化光纖的延時量也會隨之變化，使得振蕩信號的頻率會發(fā)生漂移，不僅如此，其它外部干擾均會破壞其長期穩(wěn)定性。現(xiàn)階段國內(nèi)外普遍采用恒溫控制與減震的方式來控制OEO的長期穩(wěn)定性，該種方式結(jié)構(gòu)繁雜且耗能較大；還有部分研究者采用在光域?qū)饫w延時波動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，該種方案至今未走出實驗室。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路，以克服外界環(huán)境對注入鎖定OEO的干擾，保持OEO的長期穩(wěn)定性。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路，包括:移相器，微波放大器，混頻器，低通濾波器，伺服模塊，所述穩(wěn)定性控制電路將注入信號分為兩部分，一部分用于注入長光纖環(huán)0E0，另一部分作為參考信號通過90度移相后與OEO輸出信號實現(xiàn)混頻鑒相，然后將鑒相后的電壓信號反饋到OEO環(huán)內(nèi)的壓控移相器的電壓控制端，通過移相器的相移來控制振蕩信號的相位，直到與參考信號同步，最終得到穩(wěn)定的輸出信號;
移相器用于將參考微波信號進(jìn)行90度移相，實現(xiàn)混頻鑒相的目的；
微波放大器用于放大參考信號與反饋信號，使混頻器達(dá)到飽和，抑制混頻器的幅度噪
聲；
混頻器實現(xiàn)90度移相后的微波參考源與反饋信號鑒相；
低通濾波器對鑒相后的基帶信號實現(xiàn)低通濾波，抑制混頻后的高頻分量；
伺服模塊可以包括兩部分，信號放大部分和反饋信號穩(wěn)定部分，信號放大部分用于對微弱的電壓信號實現(xiàn)放大，反饋信號穩(wěn)定部分用于對穩(wěn)定反饋的電壓在OEO環(huán)內(nèi)壓控移相器的0-360度移相范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述穩(wěn)定性控制電路可以作為一個整體，兩次或兩次以上用于多次注入鎖定光電振蕩器。
[0010]本發(fā)明采用微波信號處理技術(shù)、基于微波鎖相原理，提出了一種針對注入鎖定OEO的穩(wěn)定性控制電路，能夠在較復(fù)雜的外界因素干擾下保持OEO的長期穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)OEO穩(wěn)定性控制電路相比，本發(fā)明信號處理部分均在電域進(jìn)行，克服了光域控制系統(tǒng)的復(fù)雜性且具有較高的控制精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明穩(wěn)定性控制電路對一次注入鎖定OEO穩(wěn)定性控制原理圖；
圖2是本發(fā)明穩(wěn)定性控制電路對二次注入鎖定OEO穩(wěn)定性控制原理圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。
[0013]實施例一:
如圖1所示，一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路，包括移相器、微波放大器、混頻器、低通濾波器與伺服模塊；其中，移相器用于將參考微波信號進(jìn)行90度移相，實現(xiàn)混頻鑒相的目的；微波放大器用于放大參考信號與反饋信號，使混頻器達(dá)到飽和，抑制混頻器的幅度噪聲；采用混頻器實現(xiàn)90度移相后的微波參考源與反饋信號鑒相；采用低通濾波器對鑒相后的基帶信號實現(xiàn)低通濾波，抑制混頻后的高頻分量；伺服模塊包括信號放大部分和反饋信號穩(wěn)定部分，信號放大部分對微弱的電壓信號實現(xiàn)放大，反饋信號穩(wěn)定部分對反饋的電壓進(jìn)行管理，保障其值波動大小剛好覆蓋OEO環(huán)內(nèi)壓控移相器0-360度的移相范圍。
[0014]注入源信號分為兩部分，一部分通過端口 I連接控制電路的移相器，實現(xiàn)90度移相；另一部分注入長光纖環(huán)OEO中，對其中一個振蕩模式進(jìn)行注入鎖定，抑制其它模式的增長，實現(xiàn)低相噪單模輸出，輸出信號耦合出部分反饋信號，通過端口 2與穩(wěn)定性控制電路的混頻器相連；兩路正交信號在混頻器實現(xiàn)鑒相，通過低通濾波器后，反饋電壓信號在伺服模塊中得到放大，調(diào)整后通過端口 3與長光纖環(huán)內(nèi)的壓控移相器相連，通過改變移相器的電壓來控制輸出信號的相位，最終使得輸出信號的相位鎖定在參考信號上，實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。
[0015]從結(jié)構(gòu)上看，本發(fā)明所涉及的穩(wěn)定性控制電路可視為一個三端口器件，端口 I連接參考信號，端口 2連接反饋信號，端口 3作為輸出端口連接長光纖環(huán)OEO內(nèi)置壓控移相器。
[0016]實施例二:
如圖2所示，一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路，采用兩片穩(wěn)定性控制電路對二次注入鎖定OEO的穩(wěn)定性實現(xiàn)控制；長環(huán)OEO輸出信號的相噪與注入信號的相噪有關(guān)，注入信號相噪越低越有利于長環(huán)OEO的更低相噪輸出，采用多次注入旨在進(jìn)一步降低注入信號的相噪，圖2所示即為二次注入鎖定OEO結(jié)構(gòu)，采用穩(wěn)定注入源注入鎖定長光纖環(huán)0E01，結(jié)合一片穩(wěn)定性控制電路，實現(xiàn)穩(wěn)定、單模、低相噪的二次注入源，然后注入鎖定長光纖環(huán)0E02，結(jié)合第二片穩(wěn)定性控制電路最終實現(xiàn)穩(wěn)定、單模、相噪更低的輸出信號。
[0017]利用本發(fā)明控制電路不僅可以對一次注入鎖定OEO的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，而且能夠?qū)Χ巍⑸踔粮啻巫⑷腈i定OEO實現(xiàn)穩(wěn)定性控制。
【權(quán)利要求】
1.一種針對注入鎖定光電振蕩器的穩(wěn)定性控制電路，其特征是包括: 用于將參考微波信號進(jìn)行90度移相，實現(xiàn)混頻鑒相的目的的移相器； 用于放大參考信號與反饋信號，使混頻器達(dá)到飽和，抑制混頻器的幅度噪聲的微波放大器； 實現(xiàn)90度移相后的微波參考源與反饋信號鑒相的混頻器； 對鑒相后的基帶信號實現(xiàn)低通濾波，抑制混頻后的高頻分量的低通濾波器； 伺服模塊，該模塊主要功能包括兩部分，一部分對微弱的電壓信號實現(xiàn)放大，另一部分對反饋的電壓進(jìn)行管理，保障其值波動大小剛好覆蓋OEO環(huán)內(nèi)壓控移相器0-360度范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性控制電路，其特征是將注入源分為兩部分，一部分實現(xiàn)對長光纖環(huán)OEO的注入鎖定，另一部分作為穩(wěn)定的參考源與OEO輸出信號進(jìn)行鑒相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定性控制電路，其特征是伺服模塊包括兩部分功能，一部分對微弱的電壓信號實現(xiàn)放大，另一部分對反饋的電壓進(jìn)行管理，保障其值波動大小剛好覆蓋OEO環(huán)內(nèi)壓控移相器0-360度范圍。
【文檔編號】H01S3/13GK103794979SQ201410039121
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】洪俊, 姚勝興, 張松華, 嚴(yán)亞周 申請人:湖南工學(xué)院