基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

基于双环混频光电振荡器的可调谐微波频率梳产生

随着无线通信的速率提升和微蜂窝趋势,光载微波技术已经成为重要的发展趋势,而光生多载波系统是光载微波的最重要的技术之一.本文提出了一种基于双环混频光电振荡器（OEO）的可调谐光载微波频率梳产生方案,可同时实现多频段微波信号产生,从而高效低成本地为无线节点提供光生微波载波.方案采用混频双环OEO系统,通过工作在增益开关状态的直调激光器,利用其非线性动态特性产生多频率光载微波频率梳信号,并采用双路微波滤波器分别滤出两个相邻频率的微波信号,并利用二者的差频反馈注入直调激光器构成光电谐振.利用偏振双环结构抑制长谐振腔引起的边模问题,提高了输出信号的噪声特性.经过实验分析,得到了低相噪的多路微波信号,并最终实现了间隔797.4 MHz的稳定的微波频率梳信号,一阶载波相位噪声低于-101.7 dBc/Hz@10 kHz,-115.2 dBc/Hz@50 kHz.因此该方案产生的光载微波频率梳信号具有低噪声的优点,适用于光载微波通信系统.     

重复频率可调谐的超低抖动光窄脉冲源的研究

提出了一种新型的基于光电振荡器的重复频率可调谐的超低抖动光窄脉冲源. 光电振荡器系统可以产生超低相位噪声的微波信号; 被该信号调制的直调光经过两次相位调制之后, 使光脉冲的啁啾增强; 再通过一段色散补偿光纤, 光脉冲被进一步压窄. 实验中使用YIG可调滤波器, 可以得到8–12 GHz内步进为200 MHz的可调谐微波信号, 因此光脉冲的重复频率具有可调谐性. 当微波信号即脉冲重复频率为9.6 GHz时, 测得脉冲宽度为3.7 ps, 相位噪声为-130.1 dBc/Hz@10 kHz. 由此得出光脉冲的瞬时抖动为60.1 fs (100 Hz–1 MHz), 因此该方案产生的光窄脉冲源具有超低的抖动.     

一种基于串联谐振腔的高性能光电振荡器

提出了一种利用串联谐振腔来抑制光电振荡器边模的方案. 此方案中, 在传统光电振荡器结构中加入无源微波谐振腔结构来提高滤波器的Q值. 分析了该结构的基本原理, 并与传统光电振荡器结构进行对比, 此结构能有效提高边模抑制比. 实验中产生了10 GHz的微波信号, 所测得的边模抑制比达72 dB, 单边带相位噪声为-122 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相技术, 振荡频率的稳定性得到了很大的改善, 在3 h内漂移小于± 4 Hz. 该方案无需增加有源器件, 保留了传统光电振荡器低相位噪声的优势, 又有效抑制了边模, 为光电振荡器的应用提供了一种新的方法.     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器

提出一种基于分布反馈光注入锁定效应的可调谐光电振荡器,其环路主要由马赫曾德尔调制器、光电探测器、环形器、分布反馈激光器和射频放大器顺接而成,分布反馈激光器是系统关键器件,通过分布反馈激光器光注入锁定效应,分布反馈腔在光域实现了微波光子滤波器功能,无需传统光电振荡器必须的射频带通滤波器.同时,由于分布反馈激光器注入锁定提高了环路Q值,因此系统可采用短环路结构,从而降低了光纤因温度敏感对微波信号稳定性的影响并减小了整个系统的尺寸.另外,通过调节注入光波长和功率可改变该微波光子滤波器的中心频率,从而可实现系统的可调谐性.理论分析了该光电振荡器的原理和微波光子滤波器的调谐性,在此基础上开展了实验验证.结果表明该光电振荡器能够产生18.7～21.6 GHz的可调微波信号,在1 kHz频偏处的相位噪声为-90 dBc/Hz.     

基于光纤传感的核信号读出方法中的调制驱动模块设计和实现

基于光相位调制的核信号读出方法将探测器信号调制进光纤中，并使用光纤作为模拟信号的传输介质。在该读出方案中，调制驱动模块负责载波信号的产生及放大，是该方案读出电子学系统的重要组成部分。为了产生低相位噪声，幅度大且幅度可调的载波信号，本工作提出了基于锁相环的载波产生电路和基于MMIC射频放大器的载波放大电路的设计方案，该方案结构简单，尺寸小，性能优异。对载波产生电路使用了ADIsimPLL仿真软件进行了环路滤波器的设计和仿真，同时也对载波放大电路使用ADS仿真软件进行了设计和仿真，并在实验室条件下进行了测试。测试结果表明，输出26 dBm载波信号相位噪声好于–110 dBc/Hz@100 kHz，能够用于信号解调。     

基于中频相位锁定技术的宽带调谐光电振荡器稳定性研究

提出了一种基于中频相位锁定技术提升宽带调谐光电振荡器长期稳定性的方法.该方法通过外部可调本振源对光电振荡器射频信号进行下变频操作,产生中频信号,该中频信号与光电振荡器的起振频率无关.将该中频信号锁相在稳定的参考源上,能够提升宽带调谐光电振荡器的长期稳定性,同时分析了锁相环对光电振荡器相位噪声性能的影响.实验结果显示,光电振荡器的频率调谐范围可达5~15GHz,10kHz频偏处的相位噪声为-121.2dBc/Hz,频率稳定性达到6.9×10-11/103 s,表明该方法能够显著提升宽带调谐光电振荡器的稳定性.     

高性能注入锁相光电振荡器

提出一种基于注入锁定和锁相环技术的注入锁相光电振荡器.利用注入锁定来改善光电振荡器的近载频相噪以及杂散抑制度.将光电振荡器的输出信号与外注入源进行鉴相,通过锁相环来提升频率稳定性,并进一步改善光电振荡器的近载频相噪.实验结果表明:注入锁相光电振荡器在电滤波器中心频率为9.5GHz、3dB带宽为20 MHz和光纤环长度为6km的情况下,实现了输出信号频率为9.5GHz的单模振荡;当注入锁定带宽为1.98kHz时,光电振荡器输出信号在1kHz频偏处的相位噪声为-125dBc/Hz,在10kHz频偏处的相位噪声为-147dBc/Hz,杂散抑制度高于80dB,阿伦偏差接近1.37×10~(-11)@1s和1.22×10~(-11)@1000s.     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器（英文）

提出一种基于分布反馈光注入锁定效应的可调谐光电振荡器,其环路主要由马赫曾德尔调制器、光电探测器、环形器、分布反馈激光器和射频放大器顺接而成.分布反馈激光器是系统关键器件,通过分布反馈激光器光注入锁定效应,分布反馈腔在光域实现了微波光子滤波器功能,无需传统光电振荡器必须的射频带通滤波器.同时,由于分布反馈激光器注入锁定提高了环路Q值,因此系统可采用短环路结构,从而降低了光纤因温度敏感对微波信号稳定性的影响并减小了整个系统的尺寸.另外,通过调节注入光波长和功率可改变该微波光子滤波器的中心频率,从而可实现系统的可调谐性.理论分析了该光电振荡器的原理和微波光子滤波器的调谐性,在此基础上开展了实验验证.结果表明该光电振荡器能够产生18.7~21.6GHz的可调微波信号,在1kHz频偏处的相位噪声为-90dBc/Hz.     

自启动的非归零/归零码和光电时钟信号发生器及码型转换

采用双波长注入一包含伪随机码发生器与相位调制器的光电振荡器可以同时得到非归零(NRZ)码,归零(RZ)码以及光,电时钟信号输出。该方案使用了光域耦合的双环路结构,在不增加有源器件的条件下实现边模抑制。相位调制器用于反馈调制并同时实现占空比可调的非归零码到归零码的转换。双波长的注入排除了编码信号在振荡器中引入的非时钟频率成分。实验给出了10 Gb/s工作速率下的结果,得到了抖动为637 fs的光信号输出。转换得到的归零码信号占空比约为33%。输出电时钟信号的相位噪声在频偏10 kHz处为-109 dBc/Hz,边模抑制比为58 dB。     

长光纤环高性能光电振荡器研究

提出了采用多个长光纤环实现高性能光电振荡器的方法,通过合理的长度设计,多个长光纤环能够降低光电振荡器的相位噪声,同时提高边模抑制比。理论分析了多个长光纤环实现高性能光电振荡器的可行性,并构建了实验系统。在实验中,利用3个大于4km的长光纤环构建光电振荡器,实现了频率10GHz的微波信号,其相位噪声在频偏10kHz处达到了-130dBc/Hz,边模抑制比达到了60dBc。实验结果与理论分析一致,证明了该方法的正确性。     

基于波长双环路结构的新型光电振荡器的研究

提出了一种新型的基于波长双环路结构的光电振荡器方案. 在此方案中, 利用两个激光器产生两束波长不同的连续光, 分别通过两段长度不同的光纤构成双环路结构, 利用光学游标效应可以获得单一的起振模式. 通过理论分析可知, 不同波长的两束光载波在耦合时, 几乎不会产生随机拍噪声. 实验中, 获得了X波段(8-12 GHz)内频率可调谐的高质量微波信号. 通过测量, 信号的边模抑制比达到60 dB, 相位噪声为-132.6 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相环技术, 通过光纤拉伸器有效补偿系统的腔长漂移, 因此振荡频率的稳定性得到极大改善. 系统的频率漂移在2 h内小于±84.3 mHz. 另外, 测得的微波线宽为5.3 mHz, Q值在10¹²量级, 具有很高的谱纯度.     

一种倍频光电振荡器的实现方法

提出了一种利用电光调制器的非线性效应实现光电振荡器倍频输出的方法,通过在光电振荡环路中引入微波分频器,使得利用低频率的电光调制器有可能产生高频率的微波倍频信号输出,从而降低了振荡频率对调制器工作频率的要求。理论和实验研究表明,在微波信号输入功率较低时,调制器将引入较大的附加噪声,会严重恶化光电振荡器输出的倍频微波信号的相位噪声。通过在振荡反馈环路中增加一个微波放大器,减小附加噪声,能够极大地改善倍频信号的相位噪声。当环路光纤为1km时,产生的9GHz倍频信号相位噪声在10kHz频率偏移时达到-104dBc/Hz,比典型光电振荡环路恶化了6dB,同时,保持了较高的输出功率。实验结果与理论分析基本一致,证明了该倍频输出光电振荡器的可行性。     

基于受激布里渊散射和耦合型双环的 可调谐光电振荡器

提出了一种基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器.该光电振荡器将受激布里渊散射和耦合型双环结构相结合,利用受激布里渊散射的窄带增益谱选择振荡频率,实现微波信号的频率可调谐.通过耦合型双环结构,有效地抑制了微波信号的边模,降低了微波信号的相位噪声,提高了微波信号的频率和功率稳定性.实验结果表明,该结构的光电振荡器可以产生2GHz到18GHz的微波信号,边模抑制比优于60dB,相位噪声在10kHz频偏处低于-95dBc/Hz,在实验室环境下10GHz微波信号30min内频率漂移小于0.3ppm,功率漂移低于0.2dB.     

基于1560 nm外腔式激光器的拉曼光锁相技术

拉曼光产生技术是量子精密测量领域的一个重要研究内容,是冷原子重力仪、冷原子陀螺仪等量子惯性传感器的关键技术.对于铷87原子,需要两束频差6.834 GHz且相位稳定的780 nm激光来产生拉曼光.基于两台外腔式780 nm激光器,并利用光学锁相环技术可以产生拉曼光,但系统复杂、环境适应性不强.基于内腔式1560 nm激光器,通过倍频和电光调制技术也可以产生拉曼光,虽然系统简单、环境适应性强,但测量性能受边带效应影响.受限于内腔式激光器的线宽及反馈带宽性能,一般无法利用光学锁相环方法来产生拉曼光.鉴于此,本文基于两台新型外腔式1560 nm激光器和自制锁相电路系统,实现了一套低相噪的拉曼光系统,相位噪声功率谱在1—10 kHz频段低至–95 dBc/Hz.通过与780 nm双激光器及混合双激光器锁相性能进行比较,发现该方案略具优势.此外,通过分段积分的方法分析了该锁相性能对冷原子干涉仪相位噪声的影响.本文实验结果为研制小型化、外场适用的拉曼光系统提供了一种方案.     

基于注入半导体激光器的微波副载波相位调制信号产生

光载无线技术是解决终端超宽带无线通信的重要方法,光信号与微波/毫米波信号的融合处理技术在光-无线的数据格式转换中至关重要.提出了一种基于相位调制信号光注入Fabry-Perot型半导体激光器实现微波副载波相位调制信号产生的方法.光学注入半导体激光器的输出光场会产生一周期(P1)振荡效应, P1振荡产生的边带实现了相位调制信号光的调制分量的放大,被放大的调制分量与注入光载波在激光器腔内拍频形成微波副载波.注入光相位的变化导致新产生的微波副载波相位变化, 实现了注入信号光相位信息转化为微波副载波相位信息.本系统完成1.3 Gb/s, 2.7 Gb/s, 2 Gb/s光相位调制信号到微波副载波相位调制信号的转换,并测量了微波的单边带相位噪声. 通过光电转换和电域混频将还原出的光基带信号与原信号进行逻辑对比,证明了数据信息转换的正确性.     

一种用于铷原子频标的小型化低噪声10 MHz晶体振荡器设计

本文设计了一种应用于铷原子频标的小型化低噪声石英晶体振荡器,其振荡电路采用柯尔匹兹并联形式和SC切晶体谐振器.基于Leeson模型对石英晶体振荡器相位噪声进行分析,并利用ADS射频仿真软件对振荡电路进行仿真模拟,为振荡器设计与调试提供指导.最终实现体积为22 mm×28.5 mm×13 mm低噪声晶体振荡器,它具有良好的相位噪声特性,其近端相噪为−102.7 dBc/Hz@1 Hz、远端相噪为−164.2 dBc/Hz@10 kHz,且实测短期频率稳定度为1.73×10⁻¹²/s.     

一种新型双环路光电振荡器

利用偏振分束器(PBS)和合束器(PBC)在不增加有源器件的基础上设计了一种双环路光电振荡器。该振荡器可以同时产生光、电两种输出。由于没有增加有源器件,可以避免附加电噪声的引入。此外,光载波在光域中是正交耦合,消除了随机干涉和拍噪声对振荡频率的影响。通过理论分析,双环结构的光电振荡器可以有效抑制每一单环路中起振的边模。经过实验对比,采用双环结构可以把边模抑制比提高30~70 dB。最后,利用该方案和普通商用器件得到了中心频率为12 GHz的振荡,测得边模抑制比为50~70 dB,相位噪声为-93 dBc/Hz at10kHz,Q值达到1010。     

利用单光源光电振荡器实现多波长光脉冲与电时钟信号产生

提出了一种利用单光源光电振荡器(OEO)结构实现多波长光脉冲输出的方案.通过一个直调光源和光谱切片技术在OEO腔内可以产生不同中心波长的光脉冲和电时钟信号.腔内多个波跃通道自然形成的多环路结构可以有效地抑制信号边模.在5 GHz频率的实验演示中,该系统产生了脉宽约10 ps,抖动1 ps的单波长脉冲、20 GHz(4×5 GHz)的时分复用脉冲与波/时分复用脉冲.所得到电时钟信号的相位噪声在频偏10 kHz处为-113 dBc/Hz,边模抑制比为100 dBc/HZ.     

光路往返的双环路光电振荡器

提出并分析验证了一种由光场往返调制实现的光域双环路光电振荡器(OEO)。系统中光信号往返两次通过马赫-曾德尔调制器(MZM)后再进行反馈调制,使得环路中的光纤延时利用率加倍,并构成两个不同环长的光学环路。理论上对该结构的起振条件和双环选模原理进行了分析,经过与传统单环光电振荡器实验对比,此结构能有效提高边模抑制比,所测得的边模抑制比为48.33dB,在频偏10kHz时的单边带相位噪声为-97.35dBc/Hz。该结构无需增加有源器件,降低了系统中光纤的使用量,简化了实验的控制参数。信号在两个环路中循环时相向传输,进而消除了随机干涉和拍噪声引入。